JPH06123301A - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、サーボ機構を備えた制御弁の開
度を、コントローラで電気的に制御しながら、回路の圧
力と流量とを制御できるようにするとともに、当該車両
の直進走行を補償することを目的にする。 【構成】 一対の可変ポンプＰ₁ 、Ｐ₂ のそれぞれに、
独立した回路系統を接続するとともに、一方の回路系統
に右走行モータMRを接続し、他方の回路系統に左走行モ
ータMLを接続している。そして、これら両走行モータを
接続したパラレル通路１１間を、連通弁３４を介して連
通させたり、その連通を遮断したりできるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建設車両であるパワ
ーショベルに用いるのに最適な油圧制御装置に関する。

【従来の技術】特に、この発明の特徴は、サーボ機構を
備えた制御弁の開度を、コントローラで電気的に制御し
ながら、当該回路の圧力と流量とを制御できるようにし
たもので、このような制御弁を用いた建設機械の油圧制
御装置は従来にはまったくなかった。

【発明が解決しようとする課題】この発明は、左右走行
モータを別々の回路系統に備え、しかも各回路系統に別
々の可変ポンプを接続し、上記のように制御弁をコント
ローラで制御する装置を前提にするもので、その直進走
行を補償することを目的にする。

【０００２】

【課題を解決するための手段】この発明は、２つの回路
系統を有し、それぞれの回路系統にレギュレータの出力
で傾転角を制御して吐出量を可変にした可変ポンプを接
続するとともに、一方の回路系統には右走行モータ及び
他のアクチュエータをパラレルに接続し、他方の回路系
統には左走行モータ及び他のアクチュエータをパラレル
に接続し、これら走行モータを含めた各アクチュエータ
と可変ポンプとの間に、パイロット操作弁等の操作手段
で切換えられるスプール弁と、このスプール弁の上流側
にあって電気的に制御されるサーボ機構を備えた制御弁
とを接続し、この制御弁の切換えストロークを電気的に
検出するストロークセンサーと、この制御弁の上流側の
圧力を電気的に検出する第１圧力センサーと、制御弁の
下流側の圧力を電気的に検出する第２圧力センサーと、
これらストロークセンサー及び第１、２圧力センサーか
らの信号に基づいて制御弁の開度を電気的に制御するた
めのバルブコントローラとを備える一方、このバルブコ
ントローラに入力された信号及びスプール弁の制御信号
が入力するとともに、あらかじめ入力された指令信号
や、上記バルブコントローラからの信号に基づいて可変
ポンプのレギュレータを電気的に制御したり、バルブコ
ントローラに信号を出力したりするメインコントローラ
を備え、しかも、状器量走行モータに接続した制御弁の
下流側を連通させたり、その連通を遮断したりする連通
弁を設けた点に特徴を有する。

【０００３】

【作用】この発明は上記のように構成したので、当該車
両を直進走行させるときには、連通弁を開状態にして、
両回路の圧力を等しくする。このように両回路の圧力を
等しくすれば、その等しい圧力をもとにして、両回路系
統の制御弁が制御されることになる。

【０００４】

【発明の効果】この発明の油圧制御装置によれば、当該
車両を直進走行させるとき、連通弁を開状態にして両回
路の圧力を等しくし、この等しい圧力をもとにして、両
回路系統の制御弁を制御できるので、その直進走行が補
償されることになる。

【０００５】

【実施例】図示の実施例は、右走行用モータMR、ブーム
シリンダBM及びバケットシリンダBKで一方の回路系統を
構成するとともに、この一方の回路系統に可変ポンプＰ
₁を接続している。また、左走行用モータML、アームシ
リンダＡ及び旋回モータTNで他方の回路系統を構成する
とともに、この他方の回路系統に可変ポンプＰ₂ を接続
している。そして、これら両回路系統の各アクチュエー
タは、すべてパラレル通路１１を介してすべてパラレル
に接続されている。

【０００６】これらすべてのパラレル通路１１には、制
御弁CVとスプール弁SVとを接続している。しかも、これ
ら両回路系統であって、上記制御弁CVの上流側に合流通
路１２を接続するとともに、この合流通路１２に合分流
弁Ｄを設けている。この合分流弁Ｄは、図示のノーマル
位置にあるとき合流通路１２を遮断し、切換え位置にあ
るとき合流通路１２を連通させる構成にしている。上記
両可変ポンプＰ₁ 、Ｐ₂ はレギュレータ１３によってそ
の傾転角すなわち吐出量が制御されるが、このレギュレ
ータ１３は、図２に示したポンプコントローラPCで電気
的にコントロールされる。

【０００７】上記制御弁CVは、サーボ弁機構とするとと
もに、その一方の側にスプリング１４を作用させ、他方
の側に電磁制御部１５を備えている。この電磁制御部１
５は、図２に示すように、各制御弁CVのそれぞれに接続
したバルブコントローラVCからの出力信号に比例して、
制御弁CVをスプリング１４に抗して作動させ、その開度
を制御する。ただし、この制御弁CVは、図示のノーマル
位置にあるときその開度が最大になるようにしている。
さらに、制御弁CVにはストロークセンサー１６を接続す
るとともに、制御弁CVの上流側に、各制御弁CVに共通の
第１圧力センサー１７を接続し、その下流側には各制御
弁CVごとに個別の第２圧力センサー１８を接続してい
る。そして、これら各センサー１６〜１８は、図２に示
すように、バルブコントローラVCに接続している。

【０００８】上記ストロークセンサー１６は、制御弁CV
のストロークを検出するが、そのストローク信号によっ
てバルブコントローラVCが制御弁CVの開度を演算する。
また、第１圧力センサー１７は、制御弁CVの上流側の圧
力を検出し、第２圧力センサー１８はその下流側の圧力
を検出するものである。このようにセンサー１６〜１８
からの信号を受けるバルブコントローラVCは、図２に示
すように各制御弁CVごとに個別に接続しているが、これ
らバルブコントローラVCあるいは前記ポンプコントロー
ラPCに指令を出すのが、メインコントローラMCである。
また、バルブコントローラVCは、上記したように制御弁
CVの開度を制御するとともに、それら各センサーからの
信号をメインコントローラMCにフィードバックする。ポ
ンプコントローラPCもメインコントローラMCの指令で動
作するとともに、レギュレータ１３の作動状況をメイン
コントローラMCにフィードバックする。

【０００９】上記スプール弁SVは、その両側に設けたパ
イロット室１９、２０を、図２に示したパイロット操作
弁２１に接続し、このパイロット操作弁２１からの圧力
信号に応じて切換わるようにしている。そして、上記両
パイロット室１９、２０のそれぞれにはセンタリングス
プリング２２、２３を設け、通常は、図示の中立位置を
保つようにしている。このようにしたスプール弁SVの戻
り側通路には、メータアウト絞り２４を設けている。そ
して、上記パイロット室１９あるいは２０のうちのいず
れか高い方の圧力が図２に示したシャトル弁２５で選択
されるとともに、この選択された圧力は第３圧力センサ
ー２６で電気的に検出されてメインコントローラMCに入
力される。

【００１０】さらに、走行用モータMR、 MLに接続したス
プール弁SVには、図示の中立位置において開度を最大に
するブリードオフ絞り２７を設けている。このブリード
オフ絞り２７は、分岐通路２８を介してパラレル通路１
１に連通させている。このようにしたブリードオフ絞り
２７は、スプール弁SVが中立位置にあるとき、その開度
を最大に維持して、分岐通路２８を通過した流体をタン
クＴに戻す。そして、スプール弁SVが中立位置から切換
わるにしたがって、ブリードオフ絞り２７の開度が小さ
くなるが、その切換え量が微少の範囲では、パラレル通
路１１がアクチュエータ側とこのブリードオフ絞り２７
との両方に連通する。

【００１１】ただし、上記微少切換え範囲とは、アクチ
ュエータの種類によって異なる。例えば、慣性力の大き
いパワーショベルの旋回モータTNの場合には、スプール
弁SVが８０％切換わったときでも、このブリードオフ絞
り２７が開くようにしている。反対に慣性力が小さいバ
ケットシリンダBKの場合には、スプール弁SVがわずかに
切換わった時点でも、このブリードオフ絞り２７を閉じ
るようにしている。なお、図１中の符号２９は走行モー
タMR、 MLとスプール弁SVとの間に設けたカウンターバラ
ンス弁、３０は旋回モータTNとスプール弁SVとの間に設
けたブレーキバルブ、３１は両走行モータMR、 MLを連通
させる走行直進弁、図２中の符号３２はメインコントロ
ーラMCに接続したモード設定器で、アンチサチュレーシ
ョン機能を発揮するときの流量配分を設定するためのも
のである。

【００１２】次に、この実施例の作用を説明するが、最
初に、個々の回路系統の個別制御について説明し、その
後に、両回路系統のポンプ吐出量を合流させる複合制御
について説明する。まず、パイロット操作弁２１のパイ
ロット圧がメインコントローラMCに入力されるが、この
パイロット圧の大きさは、スプール弁SVの切換え量すな
わち当該アクチュエータの要求流量に比例する。そし
て、メインコントローラMCは、それぞれの回路系統にお
ける各アクチュエータの要求流量の合計を演算し、その
合計流量に見合った流量指令をポンプコントローラPCに
出力し、可変ポンプＰ₁ 、Ｐ₂がその指令流量を吐出す
るようにそれぞれのレギュレータ１３を制御する。

【００１３】また、メインコントローラMCの指令信号で
バルブコントローラVCが動作して制御弁CVを制御する
が、その具体的な制御形態は次のとおりである。すなわ
ち、バルブコントローラVCは、ストロークセンサー１６
からの信号で制御弁CVの開度を演算するとともに、第
１、２圧力センサー１７、１８で、この制御弁CV前後の
差圧を検出する。そして、この差圧信号と演算した上記
開度値とをもとにして、制御弁CVを通過する流量を演算
するとともに、その通過流量とメインコントローラMCか
らの指令流量値との偏差を演算し、その偏差がゼロにな
るように制御弁CVをサーボ制御する。つまり、そのとき
の演算流量が、指令流量値よりも少なければ、制御弁CV
の開度を大きくし、逆の場合にはその開度を小さくす
る。

【００１４】上記のようにして通常はメータイン流量制
御されるが、バルブコントローラVCは、第２圧力センサ
ー１８からの信号をもとにして、制御弁CVの下流側の圧
力を常に監視している。そして、この下流側の圧力が設
定圧以下になったときには、カウンター負荷が作用した
ものと判断して、それ以上圧力が下がらないように、制
御弁CVの開度を、メインコントローラMCからの指令値よ
りも大きくする。このように制御弁CVの開度を大きくす
れば、そのときの制御はメータアウト絞り２４によるメ
ータアウト流量制御ということになる。つまり、この場
合には、あらかじめ定めた基準圧をもとにして、メータ
イン流量制御とメータアウト流量制御とに自動的に切換
わることになる。

【００１５】また、この場合に、制御弁CVの実際の開度
面積は、メインコントローラMCの流量制御指令値よりも
大きくなり、当然のこととしてそこを通過する流量も、
指令値より多くなるので、バルブコントローラVCは、そ
の開度面積による実際の通過流量をメインコントローラ
MCにフィードバックし、メインコントローラMCの指令値
の変更を促す。このときにアンチサチュレーション状態
にあれば、開度面積を大きくした制御弁CVへの供給流量
を優先させるために、メインコントローラMCが、他の制
御弁CVに対する指令値の変更をする。

【００１６】さらにまた、ブリードオフ制御をするとき
には、走行モータMR、 MLに接続したスプール弁SVを少し
切換える。このときには、当然のこととしてパイロット
操作弁２１からの出力信号が小さくなるが、この出力信
号を第３圧力センサー２６で検出して、それをメインコ
ントローラMCに入力する。第３圧力センサー２６からの
信号を受けたメインコントローラMCは、走行系のバルブ
コントローラVCに信号を送り、走行系の制御弁CVの開度
を、可変ポンプＰ₁ 、Ｐ₂ の最低設定流量が流れるよう
に制御する。この状態からパイロット操作弁２１を操作
して走行系のスプール弁SVをストロークさせると、ブリ
ードオフ絞り２７の開度が小さくなるとともに、走行モ
ータMR、 MLに連通するスプール弁SVの入力ポート側の開
度が大きくなる。ただし、このスプール弁SVに供給され
る流量は、制御弁CVで制御された最低設定流量に保たれ
る。

【００１７】このように供給流量を一定に保ちながらブ
リードオフ絞り２７の開度が小さくなれば、その上流側
の圧力が上昇する。そして、この上昇した上流側の圧力
が、アクチュエータ側の負荷圧よりも高くなれば、パラ
レル通路１１の圧油がアクチュエータ側に流れる始め
る。逆の言い方をすれば、アクチュエータの負荷圧が高
ければ高いほど、アクチュエータに供給される流量が少
なくなって、ブリードオフ流量が多くなる。したがっ
て、パワーショベルのバケット背面を地面に押しつけな
がらするいわゆる転圧作業時には、圧力制御をしながら
バケットの押しつけ力を制御できる。

【００１８】なお、パイロット操作弁２１の出力信号が
小さく、スプール弁SVが中立位置にあるときには、ブリ
ードオフ絞り２７の開度が最大に保たれるので、当該ア
クチュエータのシステム圧が低くなる。そのためにアク
チュエータ側の負荷圧が高ければ、その圧力を受けたロ
ードチェック弁が閉状態を維持し、アクチュエータへ流
量が供給されない。また、この実施例では、走行系のス
プール弁SVのみにブリードオフ絞り２７を設けている
が、この構成で走行系以外の他のアクチュエータのブリ
ードオフ制御も可能である。なぜなら、両回路系統とも
パラレル回路なので、一箇所でブリードオフ流量を制御
すれば、当該回路系統のアクチュエータは、この一箇所
のブリードオフ流量によって制御されることになるから
である。ただし、必要であれば、各スプール弁SVのそれ
ぞれにブリードオフ絞りを設けてもよいこと当然であ
る。

【００１９】次に、両回路系統のポンプ吐出量を合流さ
せる複合制御について説明する。いま、一方の回路系統
の特定のアクチュエータ、例えばブームシリンダBMのみ
を使用し、しかも、そのブームシリンダBMの要求流量
が、可変ポンプＰ₁ の最大吐出量を超えているとする。
このような状況では、まずメインコントローラMCに、ブ
ームシリンダBMの要求流量が、可変ポンプＰ₁ の最大吐
出量を超えているという信号が入力する。この信号が入
力すると、メインコントローラMCは、可変ポンプＰ₂ 側
のポンプコントローラPCを動作させて、ブームシリンダ
BMが要求する不足流量分を吐出させるようにレギュレー
タ１３を動作させる。

【００２０】これと同時に、メインコントローラMCは、
合分流弁Ｄを開弁させて両回路系統を連通する。ただ
し、このときに走行系の制御弁CVが少しでも開いている
と、ブリードオフ絞り２７が機能して、ブリードオフ制
御がされてしまうので、この走行系の制御弁CVは完全に
閉じた状態にするよう、メインコントローラMCがバルブ
コントローラVCに信号を出力する。このように設定され
ることによって、可変ポンプＰ₂ の吐出油が、合流通路
１２を経由して可変ポンプＰ₁ 側の回路系統に合流し、
ブームシリンダBMの不足流量を補う。なお、このときに
ブームシリンダBM以外のアクチュエータを同時操作すれ
ば、前記と同様にして、両可変ポンプＰ₁ 、Ｐ₂ の最大
合計流量の範囲内で、流量制御すること当然である。し
かも、各アクチュエータの合計要求流量が、両ポンプの
最大合計流量を超えたときには、メインコントローラMC
が機能しながら、制御弁CVを制御してアンチサチュレー
ション機能を発揮させる。

【００２１】また、両回路系統のアクチュエータがそれ
ぞれ同時に操作されているときで、一方の回路系統では
流量が足り、他方の回路系統では流量が不足している場
合、例えば一方の回路系統のブームシリンダBMの上げ動
作と、他方の回路系統の旋回モータTNの起動とを同時に
している場合について説明する。この場合に、旋回モー
タTNの慣性が大きいために、その起動時には、大きな圧
力を必要とするが、流量はそれほど必要としない。その
ために、旋回モータTNの起動時には、左走行モータMLに
接続した制御弁CVとスプール弁SVとを用いてブリードオ
フ制御をしながら、旋回モータTNに接続した制御弁CVで
流量制御をする。

【００２２】これに対してブームシリンダBMの上げ動作
のときには、旋回モータTNの起動時ほど大きな圧力を必
要としないが、大流量を必要とすることが多い。そこ
で、このような状況のときにはメインコントローラMCが
合分流弁Ｄを開いて両可変ポンプＰ₁ 、Ｐ₂ を合流させ
る。さらに、具体的には、ブームシリンダBMに接続した
パイロット操作弁２１からの要求流量が、可変ポンプＰ
₁ の最大吐出量を超えると、メインコントローラMCが合
分流弁Ｄにオープン指令を出す。さらに可変ポンプＰ₂
側では、ブリードオフ絞り２７からタンクに戻されてい
た流量を、旋回モータTNに供給するために、左走行モー
タMLに接続した制御弁CVを閉じるよう指令を出す。これ
によって、両回路系統の回路圧が同じになる。

【００２３】このとき、旋回モータTNを制御するパイロ
ット操作弁２１からの信号に基づくその要求流量と、ブ
ームシリンダBMを制御するパイロット操作弁２１からの
信号に基づくその要求流量との合計が、両ポンプＰ₁ 、
Ｐ₂ の合計最大流量を超えていたとしても、起動時に旋
回モータTNに実際に流れ込む流量は、その要求流量以下
になる。そこで、旋回モータTNを制御するバルブコント
ローラVCが、このときに旋回モータTNに実際に供給され
ている流量を演算して、その実流量信号をメインコント
ローラMCにフィードバックする。メインコントローラMC
は、上記実流量とブームシリンダBMの要求流量とを合算
し、それが両ポンプＰ₁ 、Ｐ₂ の合計最大吐出量以下な
ら、その最大吐出量の範囲内で、両ポンプの吐出量を合
流させて、ブームシリンダBMの不足流量を補うようにす
る。もし、上記実流量とブームシリンダBMの要求流量と
の合計が、両ポンプの合計最大吐出量を超えていれば、
モード設定器３２で定めた流量配分に基づいてアンチサ
チュレーション機能を発揮する。

【００２４】上記のようにした第１実施例の油圧回路に
よれば、アクチュエータにカウンター負荷が作用したと
き、制御弁CVの開度を指令値よりも大きくして、メータ
アウト流量制御に自動的に切換わるので、キャビテーシ
ョンなどの発生を確実に防止できる。また、このメータ
アウト流量制御時に、メインコントローラMCが機能し
て、その圧力制御に必要な流量を確保するとともに、他
のアクチュエータへの流量配分を適正にするアンチサチ
ュレーション制御もできる。

【００２５】さらに、メータイン流量制御時には、制御
弁CVによって正確な制御ができるとともに、その開度が
適切に維持されるので、制御弁CVの開度が大き過ぎて押
し込み圧が高くなったりしない。したがって、従来のよ
うに、無駄な押し込み圧のためにエネルギーロスが大き
くなるというような問題も発生しない。パイロット操作
弁２１の出力信号が小さく、スプール弁SVの切換え量が
小さいときには、ブリードオフ制御をしながら、圧力コ
ントロールが可能になる。したがって、パワーショベル
のバケット背面を地面に押しつけてするいわゆる転圧作
業も可能になる。また、両回路系統を合流させながら、
両ポンプの合計最大吐出流量の範囲で最も適切な流量制
御が可能であり、たとえ、要求流量が両ポンプの合計最
大吐出流量を超えたとしても、実際の状況にあった制御
が可能になる。

【００２６】さらに、当該建設車両を直進走行させると
きには、その旨の信号がメインコントローラMCから出力
される。このメインコントローラMCの出力信号によって
連通弁３４が開位置に切換わる。したがって、左右の走
行モータMR、MLを接続したパラレル通路１１の制御弁CV
下流側の圧力が、両回路系統とも同じなる。しかも、直
進走行しながら、他のアクチュエータを同時操作してい
るときには合分流弁も開位置に切換わるので、両回路系
統の制御弁CVの上流側の圧力と下流側の圧力とが等しく
なる。この等しい圧力を基準に制御弁CVが開度制御をす
るので、その制御内容も等しくなり、当該車両の直進性
が補償されることになる。

【００２７】もし、この連通弁３４がなければ、両方の
制御弁CVが各々独立に制御機能を発揮しなければならな
いが、つまり、この制御弁SVを通過する流量は、各制御
弁の開度面積と、その前後の差圧を基準にして演算され
るが、これら情報源が別々であれば、各機器の精度誤差
や演算誤差が相乗的に作用して、その制御形態に差が生
じてしまう。しかし、この実施例のように連通弁３４を
設けて、制御弁CVの下流側の圧力を等しくすれば、情報
を共通化でき、それだけ両制御弁の制御内容も等しくな
る。これによって当該車両の直進走行が補償されること
にもなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の回路図である。

【図２】第１実施例の電気系統の回路図である。

【符号】

Ｐ₁ 可変ポンプ Ｐ₂ 可変ポンプ CV 制御弁 SV スプール弁 １３ レギュレータ Ｄ 合分流弁 MC メインコントローラ VC バルブコントローラ １６ ストロークセンサー １７ 第１圧力センサー １８ 第２圧力センサー ２１ スプール弁の操作手段としてのパイロット操作
弁 ２７ ブリードオフ絞り ３１ 走行直進弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大関 雅彦 埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株 式会社浦和工場内 (72)発明者 高橋 米秋 埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株 式会社浦和工場内 (72)発明者 藤井 篤 埼玉県浦和市辻８−７−24 カヤバ工業株 式会社浦和工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの回路系統を有し、それぞれの回路
   系統にレギュレータの出力で傾転角を制御して吐出量を
   可変にした可変ポンプを接続するとともに、一方の回路
   系統には右走行モータ及び他のアクチュエータをパラレ
   ルに接続し、他方の回路系統には左走行モータ及び他の
   アクチュエータをパラレルに接続し、これら走行モータ
   を含めた各アクチュエータと可変ポンプとの間に、パイ
   ロット操作弁等の操作手段で切換えられるスプール弁
   と、このスプール弁の上流側にあって電気的に制御され
   るサーボ機構を備えた制御弁とを接続し、この制御弁の
   切換えストロークを電気的に検出するストロークセンサ
   ーと、この制御弁の上流側の圧力を電気的に検出する第
   １圧力センサーと、制御弁の下流側の圧力を電気的に検
   出する第２圧力センサーと、これらストロークセンサー
   及び第１、２圧力センサーからの信号に基づいて制御弁
   の開度を電気的に制御するためのバルブコントローラと
   を備える一方、このバルブコントローラに入力された信
   号及びスプール弁の制御信号が入力するとともに、あら
   かじめ入力された指令信号や、上記バルブコントローラ
   からの信号に基づいて可変ポンプのレギュレータを電気
   的に制御したり、バルブコントローラに信号を出力した
   りするメインコントローラを備え、しかも、上記両走行
   モータに接続した制御弁の下流側を連通させたり、その
   連通を遮断したりする連通弁を設けたことを特徴とする
   建設機械の油圧制御装置。