JP4090429B2 - 油圧制御回路 - Google Patents

Description

この発明は、ロードセンシング制御機構を備えた油圧制御回路であって、建設機械等に利用可能なものである。

この種の油圧制御回路として、特許文献１に記載されたものが従来から知られている。
この従来から知られている油圧制御回路の概略を示したのが、図７である。この図７からも明らかなように、可変吐出量ポンプ５１にロードセンシング切り換え機構である第１、第２ロードセンシング制御切換弁５２，５８を接続するとともに、第１ロードセンシング制御切換弁５２の下流側に、ロードセンシングを必要としない一方の回路系統５３と、ロードセンシングを必要とする他方の回路系統５５とを接続している。また、上記可変吐出量ポンプ５１は、ロードセンシングおよび馬力一定制御機構５６に連係している。したがって、この可変吐出量ポンプ５１は、馬力一定制御の範囲内で、ロードセンシング制御がされるようにしている。

そして、上記第１、第２ロードセンシング制御切換弁５２，５８が図示の位置にあるとき、可変吐出量ポンプ５１から吐出した流量は、その全量がロードセンシングを必要としない一方の回路系統５３側に供給される。また、第１、第２ロードセンシング制御切換弁５２，５８が図示のノーマル位置から図面左側位置に切り換わると、可変吐出量ポンプ５１の吐出量全量がロードセンシングを必要とする他方の回路系統５５側に供給されることになる。

なお、上記のようにロードセンシングを必要としない一方の回路系統５３には、センターオープンタイプの制御弁５４を接続するとともに、この制御弁５４には慣性負荷の大きなアクチュエータ５７、例えば、建設車両でいえば旋回モータや走行モータ等を接続している。上記のような慣性負荷の大きいアクチュエータ５７は、緩やかに加減速させることを求められることが多い。このようなとき、ロードセンシング制御をカットし、可変吐出量ポンプ５１を最大吐出量状態とするが、そのために上記第１、第２ロードセンシング制御切換弁５２，５８が必要になる。

特開２００１−３５５２５７号公報

上記のように、第１ロードセンシング制御切換弁５２を両回路系統５３，５５の上流側に設け、第２ロードセンシング制御切換弁５８をポンプ吐出信号油路５９と最高負荷圧信号油路６０の間に設けると、回路が複雑になり、配管の工数や本数も増えコストがかかりすぎるという問題があった。
また、ロードセンシング制御する切換弁が２つあるので、構成が複雑になるという問題もあった。

さらに、第１ロードセンシング制御切換弁５２を両回路系統５３，５５の上流側に設け、第２ロードセンシング制御切換弁５８をポンプ吐出信号油路５９と最高負荷圧信号油路６０の間に設けると、例えば、センターオープンタイプの制御弁を作動する場合に、ポンプ吐出量が常に最大となる。したがって、センターオープンタイプの制御弁で要求している流量以外の余剰流量はタンクに還流していることになり、エネルギーロスが発生するという問題もあった。

この発明の目的は、ロードセンシング切り換え機構を簡素化し、センターオープンタイプの制御弁を制御するときのエネルギーロスを低減することができる油圧制御回路を提供することである。

この発明は、ロードセンシングを必要としない一方の回路系統に設けたセンターオープンタイプの制御弁に可変吐出量ポンプを接続するとともに、ロードセンシングを必要とする他方の回路系統に制御弁を設け、上記一方の回路系統における制御弁のセンターオープンポート下流と、他方の回路系統における制御弁のインポートとを接続通路を介して接続する一方、上記ロードセンシングを必要とする他方の回路系統の制御弁には圧力補償弁を接続してなり、かつ、上記可変吐出量ポンプにはロードセンシング制御機構を備え、このロードセンシング制御機構は他方の回路系統の制御弁に接続したアクチュエータの最高負荷圧を検出して可変吐出量ポンプの吐出量を制御する油圧制御回路を前提とする。

上記の油圧制御回路を前提にしつつ、第１の発明は、上記接続通路の圧力を可変吐出量ポンプのロードセンシング制御機構に導くとともに、上記一方の回路系統の制御弁は、中立位置にあるとき接続通路とタンクとを連通するタンク通路を遮断し、当該制御弁を切換位置に切り換えたとき上記接続通路と上記タンク通路とを連通させることを特徴とする。

第２の発明は、一方の回路系統における制御弁を切換位置に切り換えて接続通路とタンク通路とを連通する連通過程に絞りを設けた点に特徴を有する。
第３の発明は、一方の回路系統における制御弁であって、当該制御弁の切換位置において上記接続通路とタンク通路とを連通する内部通路に絞りを設けた点に特徴を有する。

第１の発明によれば、一方の回路系統の制御弁を中立位置から切換位置に切り換えたとき、当該制御弁を介して接続通路をタンクに導くので、回路構成を簡素化することができる。また、回路構成を簡素化することによって、配管の工数や本数を減らすことができるので、その分コストを抑えることができる。

第２の発明によれば、一方の回路系統における制御弁を切換位置に切り換えて、接続通路をタンク通路に開放する通路過程に絞りを設けたので、この絞りを通過する流量に応じた圧力が絞りの上流側に生じることになる。したがって、一方の回路系統の制御弁を中立位置から切換位置に切り換えたとき、切換途中においてタンクへ還流される余剰流量に応じて、絞りの上流側に生じた圧力がロードセンシング制御機構に導かれる。このため、可変吐出量ポンプの吐出量は最大とはならず、余剰流量を最小限に低減して、絞りの上流側圧力が一定の最小圧となるように制御されるので、エネルギーロスを少なくするとことができる。

つまり、上記可変吐出量ポンプは、上記絞り上流と制御弁との間の圧力が高いとき、すなわち制御弁の切換量が少ないときには吐出量を減少し、低いとき、すなわち制御弁の切換量が大きいときには吐出量を増大するので、エネルギーロスを少なくすることができる。
そして、第３の発明によれば、一方の回路系統における制御弁の切換位置であって、タンク通路と連通する内部通路に絞りを設けたので、上記第２の発明と同様の効果を得ることができる。

図１は、この種の油圧制御回路の参考例を示す回路図である。図１に示すように、この回路は、可変吐出量ポンプＰと、この可変吐出量ポンプＰとポンプ通路１を介して接続したロードセンシングを必要としない一方の回路系統である第１回路Ｘと、この第１回路Ｘと接続通路Ｓを介して接続した他方の回路系統であるロードセンシング制御を必要とする第２回路Ｙとから構成している。

上記第１回路Ｘには、センターオープンタイプの第１制御弁２を設けるとともに、この第１制御弁２には、アクチュエータである旋回モータＭを接続している。この旋回モータＭには、上記第１制御弁２が図示の中立位置から切換位置に切り換わると、上記可変吐出量ポンプＰからの作動油が供給される。

そして、上記第１制御弁２にはセンターオープンポート３を設け、このセンターオープンポート３のインポート３ａと上記ポンプ通路１とを接続し、アウトポート３ｂと上記接続通路Ｓとを接続している。
なお、上記接続通路Ｓには、第１回路Ｘから第２回路Ｙへの流通のみを許容するチェック弁４を設けている。

また、上記第２回路Ｙには、第２制御弁５と第３制御弁６とを設けるとともに、これら第２制御弁５および第３制御弁６には、それぞれアクチュエータであるアームシリンダＡおよびブームシリンダＢを接続している。そして、上記第２制御弁５と第３制御弁６とを連絡通路７を介して接続している。これら第２制御弁５および第３制御弁６が図示の中立位置から切換位置に切り換わると、上記アームシリンダＡおよびブームシリンダＢには、上記可変吐出量ポンプＰから接続通路Ｓを通ってきた作動油が供給される。

上記第２制御弁５にはポート８を設け、このポート８のインポート８ａと上記接続通路Ｓとを接続し、アウトポート８ｂと上記連絡通路７とを接続している。また、上記第２制御弁５には、その切換量に応じて開度が制御される可変オリフィス９を設けている。
そして、上記第３制御弁６にはポート１０を設け、このポート１０のインポート１０ａと上記連絡通路７とを接続し、アウトポート１０ｂと連絡通路１１とを接続している。また、上記第３制御弁６には、その切換量に応じて開度が制御される可変オリフィス１２を設けている。

さらに、上記可変オリフィス９，１２には、上記第２、第３制御弁５，６の外部に設けた圧力補償弁１３，１４を接続している。言い換えると、圧力補償弁１３，１４は、可変オリフィス９，１２の下流側に設けている。これら圧力補償弁１３，１４を通過した作動油は、再び第２、第３制御弁５，６に導かれ、そこから上記アームシリンダＡやブームシリンダＢに導かれる。

上記圧力補償弁１３，１４は、その一端に第１パイロット室１３ａ，１４ａおよびスプリング１５，１６を設けるとともに、他端に第２パイロット室１３ｂ，１４ｂを設けている。そして、上記第１パイロット室１３ａ，１４ａには、第２回路Ｙに接続しているアクチュエータの最高負荷圧をパイロット圧として導くようにしている。

また、上記圧力補償弁１３，１４の下流側には負荷圧検出通路１７，１８を接続するとともに、これら両負荷圧検出通路１７，１８は、シャトル弁１９に接続している。このシャトル弁１９は、負荷圧検出通路１７，１８のうちの高い方の圧力を選択して、パイロット通路２０に導く。そして、このパイロット通路２０は、上記圧力補償弁１３，１４の第１パイロット室１３ａ，１４ａに接続している。したがって、上記第１パイロット室１３ａ，１４ａには、第２回路Ｙに接続しているアクチュエータの負荷圧のうち最高負荷圧が導かれることになる。さらに、上記圧力補償弁１３，１４の第２パイロット室１３ｂ，１４ｂには、上記可変オリフィス９，１２と圧力補償弁１３，１４との間の圧力が導かれるようにしている。

上記のようにした圧力補償弁１３，１４は、第１パイロット室１３ａ，１４ａの圧力作用およびスプリング１５，１６のバネ力の作用と、第２パイロット室１３ｂ，１４ｂの圧力作用とがバランスするポジションを維持する。そして、そのバランス位置において、圧力補償弁１３，１４の上流側の圧力である第２パイロット室１３ｂ，１４ｂの圧力が、第１パイロット室１３ａ，１４ａに、スプリング１５，１６のバネ力で設定された圧力を加えた圧力になるように圧力補償弁１３，１４の開度が制御される。
なお、図中符号Ｆは、ブリードオフ弁である。

そして、上記可変吐出量ポンプＰは、その斜板２１に馬力一定制御機構とロードセンシング回路である第２回路Ｙを制御するロードセンシング制御機構とを備えている。
上記ロードセンシング制御機構は、傾転シリンダ２２とレギュレータ２３とで構成される。このレギュレータ２３には、その一端に第１圧力室２３ａとスプリング２４とを設けるとともに、他端に第２圧力室２３ｂを設けている。上記第１圧力室２３ａには、上記パイロット通路２０を接続し、第２回路Ｙに接続しているアクチュエータの負荷圧のうち最高負荷圧が導かれるようにしている。また、第２圧力室２３ｂには、第１回路Ｘにおける第１制御弁２の下流側の負荷圧がパイロット通路Ｑを介して導かれるようにしている。

上記のようにしたレギュレータ２３は、傾転シリンダ２２の力とスプリング２５のバネ力とがバランスする位置で斜板２１の傾転角を保つ。したがって、ロードセンシング制御機構は、可変吐出量ポンプＰがレギュレータ２３に導かれた負荷圧よりもスプリング２４のバネ力に相当する圧力分だけ高い吐出圧を維持するように、可変吐出量ポンプＰの傾転角を制御する。

また、馬力一定制御機構は、馬力制御シリンダ２６と上記したスプリング２５とで構成される。したがって、スプリング２５は、ロードセンシング制御機構と馬力一定制御機構とに共通する構成要素となる。
上記馬力一定制御機構は、「ポンプ吐出量×ポンプ吐出圧＝一定」になるように制御する。したがって、負荷圧が高くなれば、可変吐出量ポンプＰの吐出量を少なくし、反対に、負荷圧が低くなればその吐出量を増やす方向に制御する。
なお、図中符号Ｒはリリーフ弁である。

さらに、この油圧制御回路には、ロードセンシング切り換え機構を設けている。なお、この参考例においてロードセンシング切り換え機構は、上記接続通路ＳとタンクＴとを連通するタンク通路２７に接続したロードセンシング制御切換弁２８からなるものである。

上記ロードセンシング制御切換弁２８は、その一端にパイロット室２８ａを設けるとともに、他端にスプリング２９を設けている。このロードセンシング制御切換弁２８は、上記第１制御弁２を図示の中立位置から切換位置に切り換えたとき、パイロット室２８ａに外部からパイロット圧が導かれ、スプリング２９のバネ力に抗して図示の遮断位置から連通位置に切り換わる。

上記構成にした油圧制御回路において、第１回路Ｘの第１制御弁２を図示の中立位置から切換位置に切り換えると、上記ロードセンシング制御切換弁２８は図示の遮断位置から連通位置に切り換わる。
このとき、第１制御弁２の切換量に応じて、可変吐出量ポンプＰの吐出量のうち、旋回モータＭに供給される流量と、タンクＴに環流させるべき流量とに振り分けられる。そして、タンクＴに環流させるべき流量は、ロードセンシング制御切換弁２８を通過してタンクＴに戻されることになる。したがって、旋回モータＭに供給される流量は、可変吐出量ポンプＰの全吐出量から、タンクＴに環流させた流量を差し引いた流量ということになる。

上記の構成においては、タンクＴに環流させるべき流量は、その全量がロードセンシング制御切換弁２８を介してタンクＴに戻される。また、このとき、レギュレータ２３の第２圧力室２３ｂには、ロードセンシング制御切換弁２８がタンクＴに連通した状態で第１回路Ｘの下流側の圧力が導かれる。したがって、レギュレータ２３は傾転シリンダ２２がタンクＴに連通した状態となるので、可変吐出量ポンプＰは、最大の流量を吐出するように制御される。

上記参考例によれば、第１回路Ｘと第２回路Ｙとを接続する接続通路ＳをタンクＴに導くタンク通路Ｔにロードセンシング制御切換弁２８を設けたので、ロードセンシング制御切換弁２８は１つ設けるだけで足りる。したがって、回路構成を簡素化することができる。また、回路構成を簡素化することによって、配管の工数や本数を減らすことができるので、その分コストを抑えることができる。

また、タンク通路２７に設けたロードセンシング制御切換弁２８は、第１回路Ｘの第１制御弁２が中立位置にあるとき閉弁し、第１制御弁２を切換位置に切り換えたとき開弁する構成にしたので、第１回路Ｘに複数の制御弁を設けたとしても、使用頻度の少ない第１回路Ｘを使用するときだけ上記ロードセンシング制御切換弁２８を切り換えればよい。したがって、作動効率を向上させることができる。

図２に示した別の参考例は、タンク通路２７に絞り３０を設けた点が上記第１実施形態と異なっている。
図２に示すように、上記タンク通路２７に絞り３０を設けたことによって、この絞り３０を通過する流量に応じた圧力が絞り３０の上流側に生じることになる。したがって、第１回路Ｘの第１制御弁２を中立位置から切換位置に切り換えたとき、切換途中においてタンクＴへ還流される余剰流量に応じて、絞り３０の上流側に生じた圧力が可変吐出量ポンプＰのレギュレータ２３に導かれて、可変吐出量ポンプＰの吐出量を制御する。このため、可変吐出量ポンプＰの吐出量は最大とはならず、余剰流量を最小限に低減して、絞り３０の上流側圧力が一定の最小圧となるように制御される。すなわち、第１回路Ｘが必要とするだけの流量を吐出するので、エネルギーロスを少なくすることができる。

つまり、上記可変吐出量ポンプＰは、上記絞り３０上流と第１制御弁２との間の圧力が高いとき、すなわち第１制御弁２の切換量が少ないときには吐出量を減少し、低いとき、すなわち第１制御弁２の切換量が大きいときには吐出量を増大するので、エネルギーロスを少なくすることができる。

なお、上記参考例では、絞り３０を、タンク通路２７に設けたロードセンシング制御切換弁２８の上流側に設けているが、タンク通路２７上であれば、上記ロードセンシング制御切換弁２８の下流側に設けてもかまわない。
また、図３に示す参考例のように、上記絞り３０は、ロードセンシング制御切換弁２８に設けてもかまわない。

図４に示した第１実施形態は、第１回路Ｘに設けた第１制御弁２にタンクポート３１を設け、このタンクポート３１に上記タンク通路２７を接続した点が、図１の参考例と異なっている。

図４に示すように、第１制御弁２にタンクポート３１を設けることによって、この第１制御弁２が図示の中立位置から切換位置に切り換わったときに、タンクポート３１がタンクＴと連通する。そして、可変吐出量ポンプＰからの吐出量のうち、タンクＴに還流させるべき流量がタンク通路２７を介してタンクＴに還流する。したがって、この第１実施形態によれば、上記図１に示す参考例と同様の効果を得ることができる。
さらに、この第１実施形態によれば、上記参考例におけるロードセンシング切り換え機構が有する機能を第１制御弁２にもたせたので、上記参考例よりも、回路の構成を単純化することができる。

図５に示した第２実施形態は、上記第１実施形態のタンク通路２７に絞り３２を設けている点が、第１実施形態と異なっている。
図５に示すように、タンク通路２７に絞り３２を設けることによって、この絞り３２を通過する流量に応じた圧力が絞り３２の上流側に生じることになる。したがって、第１回路Ｘの第１制御弁２を中立位置から切換位置に切り換えたとき、切換途中においてタンクＴへ還流される余剰流量に応じて、絞り３２の上流側に生じた圧力が可変吐出量ポンプＰのレギュレータ２３に導かれて、可変吐出量ポンプＰの吐出量を制御する。このため、可変吐出量ポンプＰの吐出量は最大とはならず、余剰流量を最小限に低減して、絞り３２の上流側圧力が一定の最小圧となるように制御される。すなわち、第１回路Ｘが必要とするだけの流量を吐出するので、エネルギーロスを少なくすることができる。

つまり、上記可変吐出量ポンプＰは、上記絞り３２上流と第１制御弁２との間の圧力が高いとき、すなわち第１制御弁２の切換量が少ないときには吐出量を減少し、低いとき、すなわち第１制御弁２の切換量が大きいときには吐出量を増大するので、エネルギーロスを少なくすることができる。

なお、この第２実施形態でも、絞り３２を、タンク通路２７上であって、第１制御弁２の上流側に設けているが、タンク通路２７上であれば、上記第１制御弁２の下流側に設けてもかまわない。
また、図６に示す第３実施形態のように、第１制御弁２の切換位置であって、タンク通路２７と連通する内部通路３３に絞り３２を設けてもかまわない。

本発明に係る油圧制御回路の参考例を示す回路図である。 他の参考例を示す回路図である。 他の参考例を示す回路図である。 第１実施形態を示す回路図である。 第２実施形態を示す回路図である。 第３実施形態を示す回路図である。 従来例を示す回路図である。

符号の説明

Ｐ 可変吐出量ポンプ
Ｘ 第１回路
Ｙ 第２回路
Ｓ 接続通路
２ 第１制御弁
３ センターオープンポート
５ 第２制御弁
６ 第３制御弁
Ａ アームシリンダ
Ｂ ブームシリンダ
８ａ インポート
１３，１４ 圧力補償弁
２２ 傾転シリンダ
２３ レギュレータ
２５ スプリング
２６ 馬力制御シリンダ
２７ タンク通路
Ｔ タンク
２８ ロードセンシング制御切換弁
３０ 絞り
３１ タンクポート
３２ 絞り
３３ 内部通路

Claims (3)

1. ロードセンシングを必要としない一方の回路系統に設けたセンターオープンタイプの制御弁に可変吐出量ポンプを接続するとともに、ロードセンシングを必要とする他方の回路系統に制御弁を設け、上記一方の回路系統における制御弁のセンターオープンポート下流と、他方の回路系統における制御弁のインポートとを接続通路を介して接続する一方、上記ロードセンシングを必要とする他方の回路系統の制御弁には圧力補償弁を接続してなり、かつ、上記可変吐出量ポンプにはロードセンシング制御機構を備え、このロードセンシング制御機構は他方の回路系統の制御弁に接続したアクチュエータの最高負荷圧を検出して可変吐出量ポンプの吐出量を制御する油圧制御回路において、上記接続通路の圧力を可変吐出量ポンプのロードセンシング制御機構に導くとともに、上記一方の回路系統の制御弁は、中立位置にあるとき接続通路とタンクとを連通するタンク通路を遮断し、当該制御弁を切換位置に切り換えたとき上記接続通路と上記タンク通路とを連通させる構成にした油圧制御回路。
2. 一方の回路系統における制御弁を切換位置に切り換えて接続通路とタンク通路とを連通する連通過程に絞りを設けた請求項１記載の油圧制御回路。
3. 一方の回路系統における制御弁であって、当該制御弁の切換位置において上記接続通路とタンク通路とを連通する内部通路に絞りを設けた請求項１記載の油圧制御回路。

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