JP6038509B2 - 圧力補償弁とこの圧力補償弁と一体化した油圧制御弁並びに油圧制御弁を搭載した建設機械 - Google Patents

Description

油圧作動の建設機械に使用される、多連型の油圧制御弁に関するもので、メータイン側に圧力補償弁を配置した、ロードセンシング方式と呼ばれる、流量制御方式の油圧制御装置に関するものである。

ロードセンシング方式と呼ばれる、流量制御方式は１つのポンプで複数のアクチェータを制御する油圧制御装置で複数のアクチュエータの最高負荷圧力を検出し、ポンプの吐出圧力が検出圧力より一定の高い圧力になるように制御する方式である。このポンプ圧力に対する負荷圧力の差はロードセンシング差圧と呼ばれる。複数のアクチェータを作動させた場合に、最高負荷圧力に応じて作動する、図４に示すような圧力補償弁と呼ばれる切換弁が各アクチュエータ毎に配置され、この切換弁は、低負荷側のアクチェータを最高負荷圧力にまで昇圧させる。

特開２００７−３２１９０８号公報

しかしながら、ロードセンシング方式では１ポンプで複数のアクチェータを制御しなければならない為、前記の圧力補償弁の制御性が油圧ショベルの操作性に大きな影響を与える。極端に負荷が異なる場合や低流量の制御では負荷の低いほうに作動油が流れてしまうとの問題が有った。

本発明は、上記問題を解決させる為になされたもので、従来に比べ、部品点数を増やすことなく、負荷圧力に差がある場合、低流量の場合においても、確実に負荷の高いアクチュエータに供給する事が可能で有り、更に、流量調整も可能になり、油圧ショベルの操作性向上に寄与する油圧機器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための第一の発明である建設機械の油圧制御装置は、圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁を制御すると共にメータイン側に圧力補償弁を配置した建設機械の油圧制御装置であって、摺動自在な前記圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される作用室と、反対の一端に自己圧力が導入される作用室と、第１の作動油の経路としての弁体外側に流量を制御するための切欠きと、前記切欠きを経由してアクチュエータへの供給通路に接続され、第２の作動油の経路としての弁体内部通路と、前記第２の作動油の経路の入り口には作動油を圧力降下させる為の絞りと、前記絞りを経由して、自己圧力の作用室導入口と弁体内部通路と分岐し、更に、前記弁体内部通路は、最高負荷圧力導入口とアクチュエータヘの供給通路に分岐し、前記最高負荷圧力導入通路はチェック弁を介して、最高負荷圧力通路と接続し、アクチュエータへの供給通路は第１の経路と合流することを特徴とする。

前記目的を達成するための第二の発明である建設機械の油圧制御装置に配置される圧力補償弁は、圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁を制御する建設機械の油圧制御装置のメータイン側に配置される圧力補償弁であって、摺動自在な前記圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される作用室と、反対の一端に自己圧力が導入される作用室と、第１の作動油の経路としての弁体外側に流量を制御するためのノッチと呼ばれる切欠きと、切欠きを経由してアクチュエータへの供給通路に接続され、第２の作動油の経路としての弁体内部通路を有し、前記第２の作動油の経路の入り口には作動油を圧力降下させる為の絞りと、前記絞りを経由して、自己圧力の作用室導入口と弁体内部通路と分岐し、更に、弁体内部通路は、最高負荷圧力導入口とアクチュエータヘの供給通路に分岐し、前記最高負荷圧力導入通路はチェック弁を介して、最高負荷圧力通路と接続し、アクチュエータへの供給通路は第１の経路と合流することを特徴とする。

前記目的を達成するための第三の発明である油圧制御装置を搭載する建設機械は、圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁を制御すると共にメータイン側に圧力補償弁を配置した油圧制御装置を搭載する建設機械であって、摺動自在な前記圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される作用室と、反対の一端に自己圧力が導入される作用室と、第１の作動油の経路としての弁体外側に流量を制御するための切欠きと、前記切欠きを経由してアクチュエータへの供給通路に接続され、第２の作動油の経路としての弁体内部通路と、前記第２の作動油の経路の入り口には作動油を圧力降下させる為の絞りと、前記絞りを経由して、自己圧力の作用室導入口と弁体内部通路と分岐し、更に、前記弁体内部通路は、最高負荷圧力導入口とアクチュエータヘの供給通路に分岐し、前記最高負荷圧力導入通路はチェック弁を介して、最高負荷圧力通路と接続し、アクチュエータへの供給通路は第１の経路と合流することを特徴とする。

本発明によれば、摺動自在な圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される作用室と、反対の一端に自己圧力が導入される作用室と第１の作動油の経路としての弁体外側に流量を制御するためのノッチと呼ばれる切欠きと、切欠きを経由してアクチュエータへの供給通路に接続され、第２の経路としての弁体内部通路を有し、第２の経路の入り口には作動油を圧力降下させる為の絞りを設け、弁体内部通路を経由してアクチュエータヘの供給通路に接続される。従って、作動油は第１の経路と第２の経路と分岐して流れアクチュエータに供給され、第１の経路と第２の経路の分流比は開度によって決定される。第１の経路は圧力補償弁の弁体の移動によって閉じられ、自己圧力を昇圧させ、圧力補償弁の弁体は最高負荷圧力と自己圧力の差、すなわち、スプリング力になる位置で釣り合い、スプリング力は最高負荷圧力や自己圧力と比較すると小さいことを考慮すると、最高負荷圧力すなわち、自己圧力の位置になる。第２の経路には絞りが設けられており、流量の通過によって圧力が降下する。降下した圧力は自己圧力作用室に導入され作用する。従って、圧力補償弁はより第１の経路を閉じる位置にて釣り合い、見かけ上、負荷圧力の低いアクチュエータと判断し圧力降下分高くなるように昇圧する。従って、絞り開度を任意に調整することにより、複合操作時のアクチュエータの速度を調整することが可能になる。

本発明が適用される建設機械として代表的な油圧ショベルの概略構成を示す。 本発明に係る圧力補償弁とこの圧力補償弁と一体した油圧制御弁の横断面図である。 本発明に係る圧力補償弁の横断面図である。 従来の圧力補償弁の横断面図である。 本発明に係る圧力補償弁とこの圧力補償弁と一体化した油圧制御弁と従来の油圧制御弁とを比較したＢＭ負荷圧力対流量のグラフである。

図１は、本発明が適用される建設機械として代表的な油圧ショベルの概略構成を示す。同図１において、油圧ショベル１０は、油圧モータにより駆動される下部走行体３０の上に旋回機構２８を介して上部旋回体１２が旋回自在に載置されている。上部旋回体１２には、その前方一側部にキャブ１４が設けられ、且つ、前方中央部にブーム１６が俯仰可能に取り付けられている。又、ブーム１６の先端にアーム２０が上下回動自在に取り付けられ、更にアーム２０の先端にバケット２４が取り付けられている。参照符号２６はブーム用の油圧シリンダ、１８はアーム用の油圧シリンダ、２２はバケット用の油圧シリンダである。なお、図示してないが、上部旋回体１２内には原動機と、同原動機により駆動される可変容量型ポンプが搭載され、その斜板の転動角をロードセンシング信号により制御する流量調整機構を備えている。また、油圧アクチュエータである、前記の下部走行体３０および上部旋回体１２用の油圧モータ、ブーム用の油圧シリンダ２６、アーム用の油圧シリンダ１８、バケット用の油圧シリンダ２２にそれぞれ対応した油圧制御弁が多連弁として積層されて配置されている。

図２は、油圧制御装置の多連弁に使用される本発明の油圧制御弁ＣＶの詳細断面を示す。図２において、油圧制御弁ＣＶのシリンダポートＰＡ、ＰＢには油圧ショベル１０の中の１つの油圧アクチュエータ３２がライン３２ａ、３２ｂを介して接続されている。油圧制御弁ＣＶのメータイン側に配置される圧力補償弁５４を備えた弁本体３４の中央部分には、両端部に圧油信号入力ポートａ、ｂを有し左右方向に摺動可能な主スプール３６が設けられている。参照符号４０はロードチェック部であって、弁本体３４に固定したキャップ４０ａの内側に形成された下方開口部にはバネ４１が設けられ、端部に弁体シート部を有する逆止弁６６を下方に付勢するよう配置されている。

参照符号４２、４４は圧油供給路５８からの圧油により逆止弁６６が上昇したとき圧油供給路５８の圧油を、矢視Ａ、Ｂで示すように、通路６２ａへ、または６２ｂへ導く圧油供給路である。参照符号４６はポンプ４５から高圧圧油を供給するポンプ高圧供給通路であって、その左方には所定間隔を隔てて隣接する供給通路４８が形成され、主スプール３６が右方へストローク移動したとき、矢視Ｃで示すように、ポンプ高圧供給通路４６から圧油が供給される。

前記供給通路４８は圧力補償弁５４のスプール(弁体)５４ａの右方部分が交差するよう配置されている。圧力補償弁５４のスプール５４ａの右端部にはバネ５４ｄが配置されスプール５４ａを常時左方へ付勢している。第２絞り５２ｂと連通している弁体内部通路５６上の最高負荷圧力はスプール５４ａの左側側面に設けられる最高圧力通路６８に与えられている。この圧力が前記バネ５４ｄの弾発力より小さいときスプール５４ａは図示のように左端側に位置する。なお、参照符号５４ｂは弁本体３４に固定されたキャップである。

供給通路４８と圧油供給路５８とは、第１の経路Ｄ及び第２の経路Ｅにより連結される。

第１の経路Ｄは、圧力補償弁５４のスプール５４ａの側面に設けられる切欠きであるノッチ５３を経由して連結される。

スプール５４ａの紙面左側一端には、最高負荷圧力が導入される作用室６１が設けられ、スプール５４ａの紙面右側他端には、自己圧力が作用する作用室６０が設けられる。

第２の経路Ｅは、供給通路４８からスプール５４ａの内部に中心軸に沿って設けられる弁体内部通路５６と連通する第１絞り５２ａと、この第１絞り５２ａ連通する弁体内部通路５６と、この弁体内部通路５６と圧油供給路５８とを連通する第２絞り５２ｂと、圧油供給路５８とからなり、圧油供給路５８において第１の経路Ｄと合流する。

第１絞り５２ａの下流側の圧力は、自己圧力が作用する作用室６０に導入される。弁体内部通路５６の圧力は、弁体内部通路５６に連結されるチェック弁６４を開き、最高圧力通路６８に接続通路７０を介して接続されている。

次に、図３で作用を説明する。図３は、スプール５４ａが、他のアクチュエータから加えられる最高負荷圧力により紙面右側に移動した図である。第１の経路Ｄの作動油は圧力補償弁３４の移動によりノッチ５３と圧油供給路５８における開度が小さくなっている。この為、第１の経路Ｄの作動油は絞られ昇圧している。又、第１の経路Ｄが絞られることに応じて、第２の経路Ｅの作動油量は反対に増加している。第２の経路Ｅの作動油量は、第１絞り５２ａを通過することによって、圧力降下の影響を受け、自己圧力は圧力降下の分だけ低くなる。又、第１の経路Ｄの作動油は弁体内部通路５６を通り、アクチュエータへの圧油供給路５８に排出されて、第１の経路Ｄと合流する。従来の圧力補償弁では、スプリング力が非常に小さいものとして考えると、

（ｋ：定数、ＰＬＳ：最高負荷圧力、Ｑ：通過流量）で表すことができる。本発明では、全体の通過流量Ｑとし、第１の経路の通過流量ｑ１、第２の経路の通過流量ｑ２、絞り開度をＡ０とすると、

（ｋ：定数、ＰＬＳ：最高負荷圧力）となり、従って、この式から常に（従来の開度）＞（本発明の開度）となり、第１の経路Ｄの開度をより小さくし、高く昇圧していることが分かる。よって、負荷の低いアクチュエータをより昇圧し作動油を流れにくくすることが可能であるとともに、第１絞り５２ａの開度を調整することによって、任意に流量を調整することができる。又、第２の経路Ｅからの作動油の排出は接続通路７０を介して行うが、一般的にこのキリ穴形状での排出は流体力の影響を受けにくいことが知られており、より流体制御性の良い圧力補償弁となる。

図５によれば、本発明に係る圧力補償弁とこの圧力補償弁と一体した油圧制御弁と従来の油圧制御弁とを比較したＢＭ負荷圧力対流量のグラフで比較すると、従来の油圧制御弁では、２２ＭＰａより高い圧力では必要な流量を確保することができないのに対して、本発明に係る油圧制御弁では、図５のＢで示すように、３０ＭＰａまで流量が確保できることが示されている。従来例では、図５のＡで示すようにＢＭ負荷圧力が大きくなるにつれて、流量が無くなることが分かる。

以上本発明の好適な実施例について図面により説明したが、当業者であれば、上記の図面および説明に基づいて種々の変形をすることが可能であることはもちろんである。

１０ 油圧ショベル
１２ 上部旋回体
１４ キャブ
１６ ブーム
１８ アーム用の油圧シリンダ
２０ アーム
２２ バケット用の油圧シリンダ
２４ バケット
２６ ブーム用の油圧シリンダ
２８ 旋回機構
３０ 下部走行体
３２ 油圧アクチュエータ
３２ａ、３２ｂ ライン
３４ 圧力補償弁
３６ 主スプール
４０ 参照符号
４０ａ キャップ
４１ バネ
４２、４４ 圧油供給路
４５ ポンプ
４６ ポンプ高圧供給通路
４８ 供給通路
５２ａ 第１絞り
５２ｂ 第２絞り
５３ ノッチ
５４ 圧力補償弁
５４ａ スプール
５４ｂ キャップ
５４ｄ バネ
５６ 弁体内部通路
５８ 圧油供給路
６０ 作用室
６１ 作用室
６２ａ、６２ｂ 通路
６４ チェック弁
６６ 逆止弁
６８ 最高圧力通路
７０ 接続通路
Ａ、Ｂ 矢視
Ｃ 矢視
ＣＶ 油圧制御弁
Ｄ 第１の経路
Ｅ 第２の経路
ＰＡ、ＰＢ シリンダポート
ａ、ｂ 圧油信号入力ポート

Claims (4)

1. 圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁を制御すると共にメータイン側に圧力補償弁を配置した建設機械の油圧制御装置であって、
   摺動自在な前記圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される第１の作用室と、
   反対の一端に自己圧力が導入される第２の作用室と、
   前記弁体を前記第１の作用室側に付勢するバネと、
   第１の経路としての弁体外側に流量を制御するための切欠きと、
   第２の経路としての弁体内部通路と、
   該第２の経路の入り口には、供給通路と前記弁体内部通路とを連通させ、作動油を圧力降下させる為の第１絞りと、
   前記第２の経路の出口には、前記弁体内部通路とアクチュエータへの圧油供給路とを連通させる第２絞りと、を備え、
   前記第２の経路の作動油は、前記弁体内部通路を通り、前記圧油供給路に排出され第１の経路と合流することを特徴とする建設機械の圧油制御装置。
2. 前記第１の作用室は、チェック弁を介して弁体内部通路に連結されることを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧制御装置。
3. 圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁を制御する建設機械の油圧制御装置のメータイン側に配置される圧力補償弁であって、
   摺動自在な前記圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される第１の作用室と、
   反対の一端に自己圧力が導入される第２の作用室と、
   前記弁体を前記第１の作用室側に付勢するバネと、
   第１の経路としての弁体外側に流量を制御するためのノッチと呼ばれる切欠きと、
   第２の経路としての弁体内部通路と、
   該第２の経路の入り口には、供給通路と前記弁体内部通路とを連通させ、作動油を圧力降下させる為の第１絞りと、
   前記第２の経路の出口には、前記弁体内部通路とアクチュエータへの圧油供給路とを連通させる第２の絞りと、を備え、
   前記第２の経路の作動油は、前記弁体内部通路を通り、前記圧油供給路に排出され第１の経路と合流することを特徴とする建設機械の圧油制御装置に配置される圧力補償弁。
4. 圧油供給用ポンプを搭載し、前記ポンプからの圧油が供給される多連型の油圧制御弁を制御すると共にメータイン側に圧力補償弁を配置した油圧制御装置を搭載する建設機械であって、
   摺動自在な前記圧力補償弁の弁体の一端に他のアクチェータの最高負荷圧力が導入される第１の作用室と、
   反対の一端に自己圧力が導入される第２の作用室と、
   前記弁体を前記第１の作用室側に付勢するバネと、
   第１の経路としての弁体外側に流量を制御するための切欠きと、
   第２の経路としての弁体内部通路と、
   該第２の経路の入り口には、供給通路と前記弁体内部通路とを連通させ、作動油を圧力降下させる為の第１絞りと、
   前記第２の経路の作動油は、前記弁体内部通路を通り、前記圧油供給路に排出され第１の経路と合流することを特徴とする圧油制御装置を搭載する建設機械。
   

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