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技術 ポンプ流量の制御方法および制御装置

出願人 東芝機械株式会社
発明者 川合康史小林正幸新家隆
出願日 2006年6月15日 (14年6ヶ月経過) 出願番号 2006-166386
公開日 2007年12月27日 (13年0ヶ月経過) 公開番号 2007-333111
状態 特許登録済
技術分野 掘削機械の作業制御 容積形ポンプの制御 流体圧回路(1) 容積形ポンプの制御
主要キーワード 電気サーボ バルブ操作量 信号管路 主スプール ポンプ制御信号 左方端 同制御装置 折れ点
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年12月27日)のものです。
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図面 (6)

課題

負荷起動時可変容量型油圧ポンプ吐出側で発生する圧油の篭りを解消するようにした可変容量型油圧ポンプの流量制御方法および制御装置を提供する。

解決手段

オープンセンタ通路26を有する油圧制御弁10に油圧シリンダ18が接続されている。パイロット圧油信号発生装置16からの圧油信号高圧選択手段16Bにより選択されて斜板角度調整機構シリンダ14に与えられている。バネ36の付勢力ΔPは、負荷圧力Pと共に圧力制御弁内部のスプールを上方へ付勢する。圧力制御弁には、流路12Aと、流路12Bと、タンクポートが形成されており、前記負荷圧力Pとバネ36の付勢力ΔPとの和がポンプPM側の吐出圧力Pよりも優勢な状態では、高圧選択手段からの圧油信号は流路12Aから油室14Bに供給され、劣勢な状態では、圧油信号はブロックされ、代わって油室14Bはタンク側に接続されてポンプの吐出流量を減少させるよう作用する。

概要

背景

特許文献1の図1には、負荷を駆動する油圧アクチュエータ圧油を供給するオープンセンタ型方向切換弁に接続された可変容量型油圧ポンプが示されている。

そして、該特許文献1では、パイロット操作弁の操作に対する方向切換弁の切換え応答性および、パイロット操作弁の操作に対する可変容量型油圧ポンプのポンプ流量増減追従性を向上させるため、可変容量型油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプから吐出される圧油により駆動するアクチュエータと、上記可変容量型油圧ポンプから吐出され上記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向切換弁と、この方向切換弁を切換える複数のパイロット圧力出力可能なパイロット操作弁と、このパイロット操作弁に圧油を供給するパイロットポンプと、上記パイロット操作弁から出力される上記複数のパイロット圧力のうちの最大値を選択する選択弁と、この選択弁により選択された該当するパイロット圧力に基づいて上記可変容量油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御装置とを備えた建設機械油圧制御装置おいて、上記選択弁により選択された上記該当するパイロット圧力を導く第1信号管路と、この第1信号管路で導かれたパイロット圧力に応じて、上記パイロットポンプの吐出圧力を、上記流量制御装置の駆動を制御するポンプ制御信号に変換する圧力制御弁と、上記パイロットポンプと上記圧力制御弁とを接続する分岐管路と、上記圧力制御弁で変換されたポンプ制御信号を上記流量制御装置に導く第2信号管路とを設けた構成が開示されている。

図3乃至5は、可変容量型油圧ポンプに接続されたオープンセンタ型の方向切換弁(以下の説明では油圧制御弁という)内における現象と問題点を説明するために例示した図であって、図3(a)は、上記特許文献1の図1において圧力制御弁およびパイロットポンプを省略した状態に対応した、一般的な油圧制御回路を示しており、同図(b)は、油圧制御弁の主スプールストロークST、すなわち、バルブ操作量に対する当該弁内の流量の関係を説明するグラフである。

図3(a)において、可変容量型油圧ポンプPMの吐出側上方には、管路L1、L2を介してオープンセンタ型の油圧制御弁VL1が接続されており、そのポートC、Rには油圧シリンダである油圧アクチュエータ106が配置されている。油圧制御弁VL1の左右の圧油信号受圧部108、110には管路pa、pbを介してパイロット圧発生部102からの圧油信号が供給されるようになっている。また、管路pa、pbの間には高圧選択手段112が設けられ、選択された圧油信号は可変容量型油圧ポンプPMの斜板100の角度を調整する流量調整手段114に与えられている。

この流量調整手段114は油圧シリンダで構成され、そのロッド114Aの側の油圧室にはバネ114Bが設けられ、したがって、斜板100の角度は、選択された圧油信号とバネ114Bの弾発力とがバランスするロッド114Aの位置に対応して定められるようになっている。パイロット圧発生部102の操縦桿102Aを操作し、ロッド114Aが矢視(イ)の方向に移動すると斜板100は矢視(ロ)の方向へ回動し、ポンプ吐出量を増加させるようになっており、この例ではポジティブ制御方式油圧制御系を構成している。

図3(b)は、油圧アクチュエータ106のロッド106Aに結合された負荷の大きさに応じて、実際に負荷すなわち、ロッド106Aが動き始めるバルブ操作量STの位置がx1、x2、x3、xjのように異なることを示す。すなわち、操縦桿102Aを操作して受圧部108へ圧油信号を与える場合、負荷が50kgのときは比較的軽負荷であるため、操作量STがx1のところで油圧アクチュエータ106に流量QCYLが流れ始める。しかし、負荷が200kgのときは比較的重負荷であるため、操作量STがx3のところで油圧アクチュエータ106に流量QCYLが流れ始める。矢視Zは負荷に応じて次第に流れ始める位置が変化していく傾向を示す。

図4(a)はこうした現象を説明する模式図であって、オープンセンタ型の油圧制御弁VL1用の操作桿102Aを操作して、圧油信号受圧部108へ圧油信号を与える場合の遷移状態を示す。すなわち、図3(a)に示されている油圧制御弁VL1が中立位置の状態から操縦桿102Aを徐々に操作して前記受圧部108へ圧油信号が供給され始めるとき、当該弁VL1内ではオープンセンタとしての通路PS1と、アクチュエータ106の方へ通じる通路PS2とは、それぞれ等価的に可変絞りTH1、TH2が存在するとみなすことができる。ここで参照符号A1は可変絞りTH1の通路面積、A2は可変絞りTH2の通路面積である。

今、バルブ操作量STの位置がx1のように小さい初期状態では、通路面積A1はA2よりはるかに大きいのでロッド106Aを介して作用する負荷LDが大きい場合、ポンプPMからの圧油Qは通路PS2のほうへ流れず、通路PS1の方へのみ流れる。バルブ操作量STがさらに大きくなると、通路面積A1が小さくなり、同時にA2が大きくなって、絞りTH1での圧力降下δ1が負荷LDによってポートCに作用する圧力P(LD)以上になると絞りTH2を介して通路PS2の方へ流れ始めるが、その際、絞りTH2での圧力降下δ2も生じるので、実際には、δ1>P(LD)+δ2となったとき通路PS2の流れが連続して形成される。

このように、負荷LDによって、通路PS2を流れ始めるバルブ操作量STの位置が異なると、アクチュエータ106を操作する運転者にとっては、操縦桿106Aの操作位置が負荷によって変化するので操作がし難く、図3(b)に示すように、特に重負荷(Nkg)の場合ゆっくり起動させようとしても、xjの位置での起動が急峻となり快適な運転操作ができないという問題点が指摘されていた。

図4(b)は、こうした問題点を解決するため、従来採用されていた対策の内容を説明する図である。すなわち、図4(b)において、実線で示すオープンセンタの通路面積A1に代わって、破線で示す通路面積A1’とし、折れ点BP1が折れ点BP2となるように引き下げて、バルブ操作量STの初期位置ST0近傍で、BP2におけるオープンセンタの通路面積A1’をBP1に比べほとんどゼロに近く形成されている。そして、もう1つの実線で示される負荷側へ流れる通路PS2の通路面積A2は変更しておらず、ST0から折れ点BP3までは緩やかに上昇し、その後急峻に立ち上がるようにしてある。その場合、通路面積A2を鎖線αで示すように形成することも可能であるが、前述したように、運転者の操作感覚マッチしないので、通常は実線A2のような特性を備えるよう形成される。なお、ここで形成とは、油圧制御弁の主スプール外周面切り欠きを適宜形成することを意味する。また、折れ点BP1〜BP3は説明を容易にするため図中に設けてあるが実際の通路面積では折れ点部分は滑らかに形成されていることは当然である。

オープンセンタの通路面積A1’の特性を図4(b)で示されるように形成すると、図3(b)で示したような負荷の大きさに応じて油圧アクチュエータの動き始める位置がずれるということがほとんど無くなり、特に重負荷の起動は急激にではなく、ゆっくり増大させることが可能となる。

特開平10−252661号公報

概要

負荷起動時に可変容量型油圧ポンプの吐出側で発生する圧油の篭りを解消するようにした可変容量型油圧ポンプの流量制御方法および制御装置を提供する。オープンセンタ通路26を有する油圧制御弁10に油圧シリンダ18が接続されている。パイロット圧油信号発生装置16からの圧油信号が高圧選択手段16Bにより選択されて斜板角度調整機構シリンダ14に与えられている。バネ36の付勢力ΔPは、負荷圧力Pと共に圧力制御弁内部のスプールを上方へ付勢する。圧力制御弁には、流路12Aと、流路12Bと、タンクポートが形成されており、前記負荷圧力Pとバネ36の付勢力ΔPとの和がポンプPM側の吐出圧力Pよりも優勢な状態では、高圧選択手段からの圧油信号は流路12Aから油室14Bに供給され、劣勢な状態では、圧油信号はブロックされ、代わって油室14Bはタンク側に接続されてポンプの吐出流量を減少させるよう作用する。

目的

従って、本発明の目的は、負荷起動時に可変容量型油圧ポンプの吐出側で発生する圧油の篭りを解消するようにした可変容量型油圧ポンプの流量制御方法および制御装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

負荷を駆動するための油圧アクチュエータ圧油を給排するオープンセンタ型の油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプ、同ポンプ斜板角度を調整する斜板角度調整機構ならびに、前記油圧制御弁のスプール位置指令する第1の制御信号および前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を指令するべく前記第1の制御信号に基づいて形成され前記斜板角度調整機構に対し指令する第2の制御信号を与えるための操縦桿を有する操縦装置を備えた油圧装置における前記負荷起動時の前記可変容量型油圧ポンプの流量制御方法であって、同方法は、前記油圧アクチュエータに作用する前記負荷圧力および前記可変容量型ポンプ吐出側圧力を検出する段階と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力が前記負荷の起動に要する負荷圧力よりも増加し且つ予め定めた所定圧力を超えたとき前記可変容量型ポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板角度調整機構を制御する段階と、前記斜板角度調整機構を制御する段階によって前記可変容量型ポンプの吐出側の圧油の篭りを解消する段階と、からなることを特徴とする可変容量型油圧ポンプの流量制御方法。

請求項2

負荷を駆動するための油圧アクチュエータ、同油圧アクチュエータに圧油を給排するオープンセンタ型の油圧制御弁、同油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプ、同可変容量型油圧ポンプの斜板角度を調整する斜板角度調整機構ならびに、前記油圧制御弁のスプール位置を指令する第1の制御信号および前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を指令するべく前記第1の制御信号に基づいて形成され前記斜板角度調整機構に対し指令する第2の制御信号を与えるための操縦桿を有する操縦装置を備えた油圧装置における前記負荷起動時の前記可変容量型油圧ポンプの流量制御装置であって、同制御装置は、前記油圧アクチュエータに作用する前記負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段と、前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力が前記負荷の起動に要する負荷圧力よりも増加し且つ予め定めた所定圧力を超えたとき前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板角度調整機構を制御する制御手段と、からなることを特徴とする可変容量型油圧ポンプの流量制御装置。

請求項3

前記斜板角度調整機構は、前記斜板の端部に結合されたロッドを有する油圧シリンダを備えて構成されることを特徴とする請求項2に記載された可変容量型油圧ポンプの流量制御装置。

請求項4

前記操縦装置から与えられる第1および第2の制御信号は圧油信号であり、前記第2の制御信号は高圧選択手段を介して形成されることを特徴とする請求項2または3に記載された可変容量型油圧ポンプの流量制御装置。

請求項5

前記斜板角度調整機構を制御する制御手段は、前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力と前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力とが対抗するように入力された圧力制御弁であって、同圧力制御弁には前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号と同方向に付勢するバネが設けられ、さらに同圧力制御弁には、前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力および前記バネによる付勢力が前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力よりも優勢な状態では前記高圧選択手段から与えられる圧油信号を前記斜板角度調整機構の油圧シリンダの油室に接続する第1流路と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力が前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力および前記バネによる付勢力がよりも優勢な状態では前記高圧選択手段から与えられる圧油信号をブロックすると共に前記斜板角度調整機構の油圧シリンダの前記油室をタンクに接続する第2流路が形成されていることを特徴とする請求項4に記載された可変容量型油圧ポンプの流量制御装置。

請求項6

前記負荷圧力検出手段は、前記油圧制御弁内において前記油圧アクチュエータへの圧油供給通路に接続された管路により構成されることを特徴とする請求項5に記載された可変容量型油圧ポンプの流量制御装置。

請求項7

前記油圧装置は前記可変容量型油圧ポンプをポジティブ方式で運転することを特徴とする請求項2乃至6のいずれかに記載された可変容量型油圧ポンプの流量制御装置。

技術分野

0001

本発明は、ポンプ流量制御方法および制御装置係り、特に、建設機械における負荷を駆動するための油圧アクチュエータ圧油を供給するオープンセンタ型油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプにおいて、前記油圧アクチュエータ起動時の当該ポンプ流量制御方法および制御装置に関する。

背景技術

0002

特許文献1の図1には、負荷を駆動する油圧アクチュエータに圧油を供給するオープンセンタ型方向切換弁に接続された可変容量型油圧ポンプが示されている。

0003

そして、該特許文献1では、パイロット操作弁の操作に対する方向切換弁の切換え応答性および、パイロット操作弁の操作に対する可変容量型油圧ポンプのポンプ流量の増減追従性を向上させるため、可変容量型油圧ポンプと、この可変容量油圧ポンプから吐出される圧油により駆動するアクチュエータと、上記可変容量型油圧ポンプから吐出され上記アクチュエータに供給される圧油の流れを制御する方向切換弁と、この方向切換弁を切換える複数のパイロット圧力出力可能なパイロット操作弁と、このパイロット操作弁に圧油を供給するパイロットポンプと、上記パイロット操作弁から出力される上記複数のパイロット圧力のうちの最大値を選択する選択弁と、この選択弁により選択された該当するパイロット圧力に基づいて上記可変容量油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御装置とを備えた建設機械の油圧制御装置おいて、上記選択弁により選択された上記該当するパイロット圧力を導く第1信号管路と、この第1信号管路で導かれたパイロット圧力に応じて、上記パイロットポンプの吐出圧力を、上記流量制御装置の駆動を制御するポンプ制御信号に変換する圧力制御弁と、上記パイロットポンプと上記圧力制御弁とを接続する分岐管路と、上記圧力制御弁で変換されたポンプ制御信号を上記流量制御装置に導く第2信号管路とを設けた構成が開示されている。

0004

図3乃至5は、可変容量型油圧ポンプに接続されたオープンセンタ型の方向切換弁(以下の説明では油圧制御弁という)内における現象と問題点を説明するために例示した図であって、図3(a)は、上記特許文献1の図1において圧力制御弁およびパイロットポンプを省略した状態に対応した、一般的な油圧制御回路を示しており、同図(b)は、油圧制御弁の主スプールストロークST、すなわち、バルブ操作量に対する当該弁内の流量の関係を説明するグラフである。

0005

図3(a)において、可変容量型油圧ポンプPMの吐出側上方には、管路L1、L2を介してオープンセンタ型の油圧制御弁VL1が接続されており、そのポートC、Rには油圧シリンダである油圧アクチュエータ106が配置されている。油圧制御弁VL1の左右の圧油信号受圧部108、110には管路pa、pbを介してパイロット圧発生部102からの圧油信号が供給されるようになっている。また、管路pa、pbの間には高圧選択手段112が設けられ、選択された圧油信号は可変容量型油圧ポンプPMの斜板100の角度を調整する流量調整手段114に与えられている。

0006

この流量調整手段114は油圧シリンダで構成され、そのロッド114Aの側の油圧室にはバネ114Bが設けられ、したがって、斜板100の角度は、選択された圧油信号とバネ114Bの弾発力とがバランスするロッド114Aの位置に対応して定められるようになっている。パイロット圧発生部102の操縦桿102Aを操作し、ロッド114Aが矢視(イ)の方向に移動すると斜板100は矢視(ロ)の方向へ回動し、ポンプ吐出量を増加させるようになっており、この例ではポジティブ制御方式油圧制御系を構成している。

0007

図3(b)は、油圧アクチュエータ106のロッド106Aに結合された負荷の大きさに応じて、実際に負荷すなわち、ロッド106Aが動き始めるバルブ操作量STの位置がx1、x2、x3、xjのように異なることを示す。すなわち、操縦桿102Aを操作して受圧部108へ圧油信号を与える場合、負荷が50kgのときは比較的軽負荷であるため、操作量STがx1のところで油圧アクチュエータ106に流量QCYLが流れ始める。しかし、負荷が200kgのときは比較的重負荷であるため、操作量STがx3のところで油圧アクチュエータ106に流量QCYLが流れ始める。矢視Zは負荷に応じて次第に流れ始める位置が変化していく傾向を示す。

0008

図4(a)はこうした現象を説明する模式図であって、オープンセンタ型の油圧制御弁VL1用の操作桿102Aを操作して、圧油信号受圧部108へ圧油信号を与える場合の遷移状態を示す。すなわち、図3(a)に示されている油圧制御弁VL1が中立位置の状態から操縦桿102Aを徐々に操作して前記受圧部108へ圧油信号が供給され始めるとき、当該弁VL1内ではオープンセンタとしての通路PS1と、アクチュエータ106の方へ通じる通路PS2とは、それぞれ等価的に可変絞りTH1、TH2が存在するとみなすことができる。ここで参照符号A1は可変絞りTH1の通路面積、A2は可変絞りTH2の通路面積である。

0009

今、バルブ操作量STの位置がx1のように小さい初期状態では、通路面積A1はA2よりはるかに大きいのでロッド106Aを介して作用する負荷LDが大きい場合、ポンプPMからの圧油Qは通路PS2のほうへ流れず、通路PS1の方へのみ流れる。バルブ操作量STがさらに大きくなると、通路面積A1が小さくなり、同時にA2が大きくなって、絞りTH1での圧力降下δ1が負荷LDによってポートCに作用する圧力P(LD)以上になると絞りTH2を介して通路PS2の方へ流れ始めるが、その際、絞りTH2での圧力降下δ2も生じるので、実際には、δ1>P(LD)+δ2となったとき通路PS2の流れが連続して形成される。

0010

このように、負荷LDによって、通路PS2を流れ始めるバルブ操作量STの位置が異なると、アクチュエータ106を操作する運転者にとっては、操縦桿106Aの操作位置が負荷によって変化するので操作がし難く、図3(b)に示すように、特に重負荷(Nkg)の場合ゆっくり起動させようとしても、xjの位置での起動が急峻となり快適な運転操作ができないという問題点が指摘されていた。

0011

図4(b)は、こうした問題点を解決するため、従来採用されていた対策の内容を説明する図である。すなわち、図4(b)において、実線で示すオープンセンタの通路面積A1に代わって、破線で示す通路面積A1’とし、折れ点BP1が折れ点BP2となるように引き下げて、バルブ操作量STの初期位置ST0近傍で、BP2におけるオープンセンタの通路面積A1’をBP1に比べほとんどゼロに近く形成されている。そして、もう1つの実線で示される負荷側へ流れる通路PS2の通路面積A2は変更しておらず、ST0から折れ点BP3までは緩やかに上昇し、その後急峻に立ち上がるようにしてある。その場合、通路面積A2を鎖線αで示すように形成することも可能であるが、前述したように、運転者の操作感覚マッチしないので、通常は実線A2のような特性を備えるよう形成される。なお、ここで形成とは、油圧制御弁の主スプール外周面切り欠きを適宜形成することを意味する。また、折れ点BP1〜BP3は説明を容易にするため図中に設けてあるが実際の通路面積では折れ点部分は滑らかに形成されていることは当然である。

0012

オープンセンタの通路面積A1’の特性を図4(b)で示されるように形成すると、図3(b)で示したような負荷の大きさに応じて油圧アクチュエータの動き始める位置がずれるということがほとんど無くなり、特に重負荷の起動は急激にではなく、ゆっくり増大させることが可能となる。

0013

特開平10−252661号公報

発明が解決しようとする課題

0014

しかしながら、図4(b)における通路面積A1’、A2とした場合においては、なお別の問題点が生じることが判明した。

0015

すなわち、図5において、可変容量型油圧ポンプPMの吐出側の圧力Pは、重負荷LD1の場合、バルブ操作量ST2に対応するところで起動可能となり、さらにバルブ操作量STを増すことにより通路面積特性A2−1に応じて重負荷LD1を駆動する。しかしながら、軽負荷LD2の場合、前記圧力Pはバルブ操作量ST1で軽負荷LD2を起動可能と考えられるが、実際には、図4(b)で示されるように、絞りTH1の通路面積A1’−2は非常に小さくなっているため通路PS1からタンクTにはほとんど流れない。同時にこのとき絞りTH2の通路面積A2−1もまだ小さいので可変容量型油圧ポンプPMから供給される圧油は通路PS2の部分に篭る状態となり、さらにバルブ操作量を増加し、ST3に到るにつれて、軽負荷LD2は正常に駆動されることとなる。なお、図5において、右方にある縦軸の圧力PはポンプPMの吐出側圧力を示している。同圧力Pは、絞りの通路面積をAi、流量をQとするとQ/Aiの2乗に比例することを示す。

0016

したがって、軽負荷LD2であるにもかかわらず、図5斜線部分S2に相当する部分では可変容量型油圧ポンプPMに対し絞りTH2に起因して背圧がかかり、当該ポンプPMを駆動する原動機を無駄に駆動している状態、すなわち、エネルギーを無駄に消費することとなる。

0017

図5では、重負荷と軽負荷との対比を示したが、中負荷の場合であっても、斜線部分S2の面積が相対的に少なくはなるものの、エネルギーを無駄に消費するという点は同様である。図5に示した可変容量型油圧ポンプPMの吐出側での圧力上昇は、油圧制御弁自体の通路面積A1’とA2の特性によって定められるので、重負荷の場合はともかく、軽負荷、中負荷を駆動する場合はその都度エネルギーを無駄に消費していることになる。

0018

本発明者等は上述したように、負荷起動時にエネルギーを無駄に消費している問題に着眼し、これを解決すべく鋭意分析、検討および努力した結果、負荷起動時における負荷圧力と可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出し、当該吐出側圧力が、検出された負荷圧力よりも所定値だけ増大したとき前記可変容量型油圧ポンプの流量を瞬時に減少させることによって、当該ポンプの吐出側における圧油の篭りが解消できることを突き止めた。

0019

従って、本発明の目的は、負荷起動時に可変容量型油圧ポンプの吐出側で発生する圧油の篭りを解消するようにした可変容量型油圧ポンプの流量制御方法および制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0020

上記の目的を達成するため、本発明による可変容量型油圧ポンプの流量制御方法は、負荷を駆動するための油圧アクチュエータに圧油を給排するオープンセンタ型の油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプ、同ポンプの斜板角度を調整する斜板角度調整機構ならびに、前記油圧制御弁のスプール位置指令する第1の制御信号および前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を指令するべく前記第1の制御信号に基づいて形成され前記斜板角度調整機構に対し指令する第2の制御信号を与えるための操縦桿を有する操縦装置を備えた油圧装置における前記負荷起動時の前記可変容量型油圧ポンプの流量制御方法であって、同方法は、前記油圧アクチュエータに作用する前記負荷圧力および前記可変容量型ポンプの吐出側圧力を検出する段階と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力が前記負荷の起動に要する負荷圧力よりも増加し且つ予め定めた所定圧力を超えたとき前記可変容量型ポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板角度調整機構を制御する段階と、前記斜板角度調整機構を制御する段階によって前記可変容量型ポンプの吐出側の圧油の篭りを解消する段階と、から構成することを特徴とする。

0021

また、前記目的を達成するための本発明による可変容量型油圧ポンプの流量制御装置は、負荷を駆動するための油圧アクチュエータ、同油圧アクチュエータに圧油を給排するオープンセンタ型の油圧制御弁、同油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプ、同可変容量型油圧ポンプの斜板角度を調整する斜板角度調整機構ならびに、前記油圧制御弁のスプール位置を指令する第1の制御信号および前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を指令するべく前記第1の制御信号に基づいて形成され前記斜板角度調整機構に対し指令する第2の制御信号を与えるための操縦桿を有する操縦装置を備えた油圧装置における前記負荷起動時の前記可変容量型油圧ポンプの流量制御装置であって、同制御装置は、前記油圧アクチュエータに作用する前記負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段と、前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力が前記負荷の起動に要する負荷圧力よりも増加し且つ予め定めた所定圧力を超えたとき前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板角度調整機構を制御する制御手段と、からなることを特徴とする。

0022

その場合、前記斜板角度調整機構は、前記斜板の端部に結合されたロッドを有する油圧シリンダを備えて構成されることができる。

0023

さらにその場合、前記操縦装置から与えられる第1および第2の制御信号は圧油信号であり、前記第2の制御信号は高圧選択手段を介して形成されることができる。

0024

さらに、前記斜板角度調整機構を制御する制御手段は、前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力と前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力とが対抗するように入力された圧力制御弁であって、同圧力制御弁には前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号と同方向に付勢するバネが設けられ、さらに同圧力制御弁には、前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力および前記バネによる付勢力が前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力よりも優勢な状態では前記高圧選択手段から与えられる圧油信号を前記斜板角度調整機構の油圧シリンダの油室に接続する第1流路と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力が前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力および前記バネによる付勢力がよりも優勢な状態では前記高圧選択手段から与えられる圧油信号をブロックすると共に前記斜板角度調整機構の油圧シリンダの前記油室をタンクに接続する第2流路が形成されよう構成されることができる。

0025

またその場合、前記負荷圧力検出手段は、前記油圧制御弁内において前記油圧アクチュエータへの圧油供給通路に接続された管路により構成されることができる。

0026

また、前記油圧装置は、好適には、前記可変容量型油圧ポンプをポジティブ方式で運転することができる。

発明の効果

0027

請求項1に記載された本発明によれば、負荷を駆動するための油圧アクチュエータに圧油を給排するオープンセンタ型の油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプ、同ポンプの斜板角度を調整する斜板角度調整機構ならびに、前記油圧制御弁のスプール位置を指令する第1の制御信号および前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を指令するべく前記第1の制御信号に基づいて形成され前記斜板角度調整機構に対し指令する第2の制御信号を与えるための操縦桿を有する操縦装置を備えた油圧装置における前記負荷起動時の前記可変容量型油圧ポンプの流量制御方法であって、前記油圧アクチュエータに作用する前記負荷圧力および前記可変容量型ポンプの吐出側圧力を検出する段階と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力が前記負荷の起動に要する負荷圧力よりも増加し且つ予め定めた所定圧力を超えたとき前記可変容量型ポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板角度調整機構を制御する段階と、前記斜板角度調整機構を制御する段階によって前記可変容量型ポンプの吐出側の圧油の篭りを解消する段階と、から構成されているので、負荷起動時における可変容量型ポンプの吐出側の圧油の篭りがなくなり、したがって、無駄にエネルギーを消費しないので環境にやさしく、且つエネルギー効率のよい建設機械の運転を実現することが可能となる。

0028

請求項2に記載された本発明によれば、負荷を駆動するための油圧アクチュエータ、同油圧アクチュエータに圧油を給排するオープンセンタ型の油圧制御弁、同油圧制御弁に接続された可変容量型油圧ポンプ、同可変容量型油圧ポンプの斜板角度を調整する斜板角度調整機構ならびに、前記油圧制御弁のスプール位置を指令する第1の制御信号および前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を指令するべく前記第1の制御信号に基づいて形成され前記斜板角度調整機構に対し指令する第2の制御信号を与えるための操縦桿を有する操縦装置を備えた油圧装置における前記負荷起動時の前記可変容量型油圧ポンプの流量制御装置であって、前記油圧アクチュエータに作用する前記負荷圧力を検出する負荷圧力検出手段と、前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力が前記負荷の起動に要する負荷圧力よりも増加し且つ予め定めた所定圧力を超えたとき前記可変容量型油圧ポンプの吐出流量を減少させるように前記斜板角度調整機構を制御する制御手段と、から構成されているので、請求項1に記載された効果と同様な効果を奏する。

0029

請求項3に記載された本発明によれば、斜板角度調整機構は、前記斜板の端部に結合されたロッドを有する油圧シリンダを備えて構成されるので、請求項2の効果に加え、従来使用されている機構をそのまま利用することが可能である。

0030

請求項4に記載された本発明によれば、操縦装置から与えられる第1および第2の制御信号は圧油信号であり、第2の制御信号は高圧選択手段を介して形成されるので、従来使用されているパイロット圧発生装置をそのまま利用することが可能である。

0031

請求項5に記載された本発明によれば、斜板角度調整機構を制御する制御手段は、前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力と前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力とが対抗するように入力された圧力制御弁であって、同圧力制御弁には前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号と同方向に付勢するバネが設けられ、さらに同圧力制御弁には、前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力および前記バネによる付勢力が前記可変容量型油圧ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力よりも優勢な状態では前記高圧選択手段から与えられる圧油信号を前記斜板角度調整機構の油圧シリンダの油室に接続する第1流路と、前記可変容量型ポンプの吐出側圧力を検出する吐出側圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力が前記負荷圧力検出手段から与えられる圧油信号の圧力および前記バネによる付勢力よりも優勢な状態では前記高圧選択手段から与えられる圧油信号をブロックすると共に前記斜板角度調整機構の油圧シリンダの前記油室をタンクに接続する第2流路が形成されているので、既存の油圧装置の高圧選択手段と斜板角度調整機構の油圧シリンダの油室との間に上記の圧力制御弁を取付けるだけでよく、したがって、比較的簡単な構成で油圧装置を実現することができる。

0032

請求項6に記載された本発明によれば、負荷圧力検出手段は、油圧制御弁内において前記油圧アクチュエータへの圧油供給通路に接続された管路により構成されるので、特別な圧力検出装置を用意する必要がない。

0033

また、請求項7に記載された本発明によれば、油圧装置は可変容量型油圧ポンプをポジティブ方式で運転する場合に適した構成を提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0034

以下、本発明の実施の形態に基づく好適な実施例について添付図面の図1図2を参照して詳細に説明する。

0035

図1において、参照符号10はオープンセンタ通路26を有する油圧制御弁であり、その上方にはロッド18Aを介して負荷(図示せず)を結合する油圧シリンダ18が接続されている。同図では油圧制御弁10の主スプール(図示せず)は中立位置の状態にある。なお、参照符号22a、22bは、油圧制御弁10内の圧油供給通路を示す。

0036

油圧制御弁10のそれぞれ左右端部には、操縦桿16Aを有するパイロット圧油信号発生装置16から管路16a、16bを介して供給される圧油信号を受け入れる受圧部10a、10bが設けられている。参照符号16Bは高圧選択手段であって、管路16aと16bのうち高い方の圧油信号が選択されるようになっている。

0037

油圧制御弁10の下方には、原動機40により回転駆動される可変容量型油圧ポンプPMが配置されており、その吐出側のラインLは図示のように、通路26に接続されている。同ラインLから分岐して逆止弁20が設けられており、前記スプールの左右への移動につれて通路26を流れる圧油は逆止弁20の方へ流れるようになっている。前記可変容量型油圧ポンプPMには斜板28が設けられており、その斜板端部には油圧シリンダ14のロッド14Aが結合され、同ロッド14Aが矢視(イ)の方へ移動することにより斜板28は矢視(ロ)の方へ回動されポンプPMの吐出流量を増大させるようになっている。

0038

ロッド14Aの左端に設けられたピストンにより区画された油室14Bには圧力制御弁12の通路12Aを介して高圧選択手段16Bからの圧油が与えられている。したがって、パイロット圧油信号発生手段16の操縦桿16Aが操作されていない場合、高圧選択手段16Bからの圧油信号の圧力はタンク圧となっており、前記ロッド14Aはバネ30の弾発力により左方端部に移動しており、ポンプPMの吐出流量はほぼゼロに保持される。前記圧力制御弁12には破線で示す管路24と22がそれぞれ上および下方向から対抗するように接続されている。

0039

この管路24はポンプPMの吐出側ラインから分岐されて同ポンプPMの吐出圧力P(PM)を圧力制御弁12に与えるようになっている。また、管路22は油圧制御弁10内部の前記通路22a、22bから分岐して接続されており、負荷LDが油圧シリンダ18の下方側の油室18Bに作用する負荷圧力P(CYL)を圧力制御弁12に与えるようになっている。

0040

なお、参照符号A2は図4(b)で説明したように、油圧アクチュエータである油圧シリンダ18に供給される圧油の通路面積を等価的に示す。

0041

参照符号36はバネであって、前記負荷圧力P(CYL)と共に圧力制御弁12内部のスプールを上方へ付勢する。このバネ36の付勢力ΔPは、前記油圧制御弁10の通路面積A2が過渡状態における絞り効果がなくなった状態で、ポンプPMから油圧シリンダ18への圧油の供給に際して生じる流路抵抗分を補う程度に設定されている。

0042

圧力制御弁12には、図示のように、流路12Aと、流路12Bと、タンクポートが形成されており、したがって、前記負荷圧力P(CYL)とバネ36の付勢力ΔPとの和がポンプPM側の吐出圧力P(PM)よりも優勢な状態では、高圧選択手段16Bからの圧油信号は流路12Aから油圧シリンダ14の油室14Bに供給される。一方、前記ポンプPM側の吐出圧力P(PM)が負荷圧力P(CYL)とバネ36の付勢力ΔPとの和よりも優勢な状態では、高圧選択手段16Bからの圧油信号はブロックされ、代わって油圧シリンダ14の油室14Bは流路12Bを介してタンクT側に接続され、したがって、バネ36によりロッド14Aは矢視(イ)と反対の方向に戻されポンプPMの吐出流量を減少させるよう作用することとなる。

0043

なお、前記油圧シリンダ18は本発明における油圧アクチュエータを構成しており、前記パイロット圧油信号発生装置16は本発明における操縦桿を有する操縦装置を構成し、さらに、ロッド14Aおよび油圧シリンダ14は本発明における斜板角度調整機構を、また管路22、24およびバネ36を有する圧力制御弁12は本発明における斜板角度調整機構を制御する制御手段をそれぞれ構成している。

0044

さらに、管路16a、16bに与えられる圧油信号は本発明における第1の制御信号を構成し、高圧選択手段16Bから与えられる圧油信号は本発明における第2の制御信号を構成している。また、流路12A、12Bはそれぞれ本発明における第1流路、第2流路を構成している。

0045

図2は、図1に示した本発明の油圧装置における可変容量型油圧ポンプPMの流量制御を説明するグラフであって、流路面積A1’、A2、バルブ操作量STのST0、ST1〜ST5等は図5に例示したものと同じである。今、図1の負荷LDを上昇側に起動させるため操縦桿16Aを操作し、受圧部10aへ圧油信号を与える場合を考える。

0046

図2において負荷LDが軽負荷LD2の場合、受圧部10aへの圧油信号が高圧選択手段16Bから圧力制御弁12の流路12Aを介して油圧シリンダ14の油室14Bへ与えられ、同時にポンプPMの吐出側圧力P(PM)は位置ST1で軽負荷LD2の負荷圧力P(CYL)に達する。さらにポンプPMの吐出側圧力P(PM)がΔPだけ増大すると、圧力制御弁12は流路12Aに代わって流路12Bとなり油室14BとタンクTが通じる。

0047

これによりロッド14Aはバネ30により左行すると、斜板28は流量を減少させる方向に回動しその結果ポンプPMの吐出側圧力P(PM)は瞬時に減圧される。この減圧された圧力P(PM)がP(CYL)とΔPの和より小さいと図1の流路12Aが再び油室14Bに通じ、ポンプPMの吐出流量を増加させる。しかしこのとき通路面積A2が小さいので、吐出流量の増加は直ちに圧力P(PM)を増加させ、前述した様な操作を繰り返す。

0048

実際の圧力制御弁12内での流路12Aと12Bの切換動作は当該弁の切換動作に関する時定数で、圧力P(CYL)とΔPとの和の圧力を前後して高速で行われる。したがって、ポンプPMの吐出側圧力P(PM)はそれ以上には上昇することがないので、軽負荷LD2であっても破線で示される領域S2のように上昇することがなく吐出側の圧油が篭ることがない。

0049

以上図1、2を参照して本発明の好適な実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、当業者であれば種々の変形が可能である。

0050

例えば、パイロット圧油信号発生装置16に代わり操縦装置として、電気信号により第1の制御信号、第2の制御信号を発生させるようにすること、高圧選択手段16Bを電気的に処理する回路構成とすること、またその場合、負荷圧力検出手段、吐出側圧力検出手段として油電変換装置を用いること、さらには圧力制御弁12の減圧的機能を電気回路により演算させて斜板角度調整機構に与えること、またさらに、当該斜板角度調整機構を油圧シリンダ14に代えて電気サーボ機構で構成するような種々の変形は本発明の技術的思想範疇の範囲である。

図面の簡単な説明

0051

本発明による可変容量型油圧ポンプPMの流量制御の適用される油圧制御回路を示す図である。
図1に示した本発明の油圧装置における可変容量型油圧ポンプPMの流量制御を説明するグラフである。
従来の可変容量型油圧ポンプに接続されたオープンセンタ型の油圧制御弁内における現象と問題点を説明するために例示した図であって、(a)は、従来の一般的な油圧制御回路を示しており、(b)は、油圧制御弁の主スプールのストローク、すなわち、バルブ操作量に対する当該弁内の流量の関係を説明するグラフである。
従来の可変容量型油圧ポンプに接続されたオープンセンタ型の油圧制御弁内における現象と問題点を説明するために例示した図であって、(a)は、そのような現象を説明する模式図であって、オープンセンタ型の油圧制御弁用の操作桿を操作して、対応する圧油信号受圧部へ圧油信号を与える場合の遷移状態を示し、(b)は、そのような現象に起因する問題点を解決するため、従来採用されていた対策の内容を説明する図である。
改良された従来のオープンセンタ型の油圧制御弁と可変容量型油圧ポンプにおける圧油の篭りを説明するグラフである。

符号の説明

0052

10オープンセンタ型の油圧制御弁
10a 受圧部
10b 受圧部
12圧力制御弁
12a流路
12b 流路
14油圧シリンダ
14Aロッド
14B油室
16パイロット圧油信号発生装置
16A操縦桿
16B高圧選択手段
16a、16b管路
18 油圧シリンダ
18A ロッド
18B 油室
20逆止弁
22、24 管路
22a、22b圧油供給通路
26 オープンセンタ通路
28斜板
30、36バネ
40原動機
A1 オープンセンタ通路面積
A1’ 改良されたオープンセンタ通路面積
A2 圧油供給用の通路面積
Lライン
LD負荷
LD1重負荷
LD2軽負荷
P(CYL)負荷圧力
P(PM)ポンプ吐出側圧力
PM可変容量型油圧ポンプ
STバルブ操作量
T タンク

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