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技術 弁制御装置

出願人 キャタピラーエスエーアールエル
発明者 西川裕康島原聖中西学
出願日 2006年6月29日 (14年6ヶ月経過) 出願番号 2006-180097
公開日 2008年1月17日 (12年11ヶ月経過) 公開番号 2008-008049
状態 特許登録済
技術分野 掘削機械の作業制御 流体圧回路(1)
主要キーワード 手動操作量 スティックアウト 連動操作 スプール変位 スプール型 式作業機械 流体圧アクチュエータ ストローク制御
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この項目の情報は公開日時点(2008年1月17日)のものです。
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図面 (5)

課題

複数のパイロット操作式制御弁パイロット圧制御を電磁比例弁で行なう場合の連動操作性能の低下を防止できる弁制御装置を提供することを目的とする。

解決手段

第1、第2の電磁比例弁21,22は、共通のレバー操作量ブーム上げパイロット圧特性の操作テーブル25を備えるとともに、共通のブーム上げレバー操作量を入力するものである。第3の電磁比例弁27は、第1、第2の電磁比例弁21,22と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性の操作テーブル25を備えるとともに、第4の電磁比例弁24と共通のスティックインレバー操作量を入力するものである。第4の電磁比例弁24は、第1、第2および第3の電磁比例弁21,22,27と異なるレバー操作量−スティックイン用パイロット圧特性の操作テーブル26を備えるとともに、第3の電磁比例弁27と共通のスティックインレバー操作量を入力するものである。

概要

背景

図2に示されるように、作業機械としての油圧ショベル1は、下部走行体2に上部旋回体3が旋回可能に設けられ、この上部旋回体3にキャブ4とともに作業装置5が搭載され、この作業装置5は、上部旋回体3に、ブームシリンダ6cにより上下方向に回動されるブーム6が軸支され、このブーム6の先端に、スティックシリンダ7cによりインアウト方向に回動されるスティック7が軸支され、このスティック7の先端に、バケットシリンダ8cにより回動されるバケット8が軸支されている。

ブームシリンダ6cおよびスティックシリンダ7cは、スプール型パイロット操作式制御弁により制御されているが、各シリンダの十分な作動速度すなわち流量を確保できるように、ブームおよびスティック用の各パイロット操作式制御弁がそれぞれ2つずつ設置されている(例えば、特許文献1参照)。

このような制御弁回路において、バケット8の先端を地面に着けたまま水平引き作業する場合は、ブーム上げとスティックインの連動操作をスムーズに行えるよう工夫する必要がある(例えば、特許文献2参照)。

図3は、パイロット操作スプール弁パイロット圧リモコン弁直接制御する従来の油圧制御式作業機械の弁制御装置を示す。

すなわち、ブーム第1スプール弁11は、ブーム上げ用パイロット圧Paとブーム下げ用パイロット圧Pbとによりストローク制御され、スティック第1スプール弁12は、スティックイン用パイロット圧Pcとスティックアウト用パイロット圧Pdとによりストローク制御されるが、一方、ブーム上げ用流量を確保するためのブーム第2スプール弁13は、ブーム上げ用パイロット圧Paとスティックイン用パイロット圧Pcとによりストローク制御される。

ブーム第2スプール弁13は、ブームシリンダ6cのヘッド側に作動油を供給するが、スティックイン動作と連動操作するときは、ブーム上げ速度を抑える必要があるので、ブーム第2スプール弁13に対し、ブーム上げ用パイロット圧Paと対抗するスティックイン用パイロット圧Pcを作用させる。

ブーム上げ用パイロット圧Paは、リモコン弁14から出力されるパイロット圧であり、スティックイン用パイロット圧Pcは、リモコン弁15から出力されるパイロット圧であるが、これらのリモコン弁14,15の操作テーブル特性16すなわちレバー操作角度‐パイロット圧特性は、同一のものである。

このように、油圧制御式の場合、各動作共に操作テーブル特性(レバー操作角度とスプール変位量制御用のパイロット圧との関係)が同じであるため、ブーム第2スプール弁13の制御バランスが保たれ、ブーム上げとスティックインの連動操作もスムーズに行うことができる。

これを、図4に示されるように、パイロット圧Pa,Pcなどを電磁比例弁21〜24で制御する電気制御式作業機械の弁制御装置に適用した場合は、電磁比例弁21,22の操作テーブル25と、電磁比例弁23,24の操作テーブル26とを同じものにした場合に限り、上記ブーム第2スプール弁13の制御バランスが保たれ、連動動作がスムーズに行えるが、この図4に示された電気制御式油圧ショベルは、如何なる場合でも最適な操作性を求めるために、各動作の操作テーブル25,26を別々に設定することができる。
特開2003−232305号公報(第5頁、図1)
特開2000−96629号公報(第5−6頁、図1)

概要

複数のパイロット操作式制御弁のパイロット圧制御を電磁比例弁で行なう場合の連動操作性能の低下を防止できる弁制御装置を提供することを目的とする。第1、第2の電磁比例弁21,22は、共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性の操作テーブル25を備えるとともに、共通のブーム上げレバー操作量を入力するものである。第3の電磁比例弁27は、第1、第2の電磁比例弁21,22と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性の操作テーブル25を備えるとともに、第4の電磁比例弁24と共通のスティックインレバー操作量を入力するものである。第4の電磁比例弁24は、第1、第2および第3の電磁比例弁21,22,27と異なるレバー操作量−スティックイン用パイロット圧特性の操作テーブル26を備えるとともに、第3の電磁比例弁27と共通のスティックインレバー操作量を入力するものである。

目的

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、複数のパイロット操作式制御弁のパイロット圧制御を電磁比例弁で行なう場合の連動操作性能の低下を防止できる弁制御装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

第1の流体圧アクチュエータを制御する第1のパイロット操作式制御弁と、第2の流体圧アクチュエータを制御する第2のパイロット操作式制御弁と、第1の流体圧アクチュエータを第1のパイロット操作式制御弁とともに制御する第3のパイロット操作式制御弁と、手動操作量に対して第1のパイロット操作式制御弁の一側に作用するパイロット圧を制御する第1の電磁比例弁と、手動操作量に対して第3のパイロット操作式制御弁の一側に作用するパイロット圧を制御する第2の電磁比例弁と、手動操作量に対して第3のパイロット操作式制御弁の他側に作用するパイロット圧を制御する第3の電磁比例弁と、手動操作量に対して第2のパイロット操作式制御弁の他側に作用するパイロット圧を制御する第4の電磁比例弁とを具備し、第1、第2の電磁比例弁は、共通の手動操作量−パイロット圧特性を備えるとともに、共通の手動操作量を入力されるものであり、第3の電磁比例弁は、第1、第2の電磁比例弁と共通の手動操作量−パイロット圧特性を備えるとともに、第4の電磁比例弁と共通の手動操作量を入力されるものであり、第4の電磁比例弁は、第1、第2および第3の電磁比例弁と異なる手動操作量−パイロット圧特性を備えるとともに、第3の電磁比例弁と共通の手動操作量を入力されるものであることを特徴とする弁制御装置

請求項2

第1の流体圧アクチュエータは、油圧ショベルブームを上下方向に回動するブームシリンダであり、第2の流体圧アクチュエータは、ブームの先端に軸支されたスティックインアウト方向に回動するスティックシリンダであり、第1、第2の電磁比例弁は、レバー操作量ブーム上げ用パイロット圧特性を備えるとともに、共通のブーム上げレバー操作量を入力されるものであり、第3の電磁比例弁は、第1、第2の電磁比例弁と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性を備えるとともに、第4の電磁比例弁と共通のスティックインレバー操作量を入力されるものであり、第4の電磁比例弁は、第1、第2および第3の電磁比例弁と異なるレバー操作量−スティックイン用パイロット圧特性を備えるとともに、第3の電磁比例弁と共通のスティックインレバー操作量を入力されるものであることを特徴とする請求項1記載の弁制御装置。

技術分野

0001

本発明は、パイロット操作式制御弁パイロット圧電磁比例弁により制御する弁制御装置に関する。

背景技術

0002

図2に示されるように、作業機械としての油圧ショベル1は、下部走行体2に上部旋回体3が旋回可能に設けられ、この上部旋回体3にキャブ4とともに作業装置5が搭載され、この作業装置5は、上部旋回体3に、ブームシリンダ6cにより上下方向に回動されるブーム6が軸支され、このブーム6の先端に、スティックシリンダ7cによりインアウト方向に回動されるスティック7が軸支され、このスティック7の先端に、バケットシリンダ8cにより回動されるバケット8が軸支されている。

0003

ブームシリンダ6cおよびスティックシリンダ7cは、スプール型のパイロット操作式制御弁により制御されているが、各シリンダの十分な作動速度すなわち流量を確保できるように、ブームおよびスティック用の各パイロット操作式制御弁がそれぞれ2つずつ設置されている(例えば、特許文献1参照)。

0004

このような制御弁回路において、バケット8の先端を地面に着けたまま水平引き作業する場合は、ブーム上げとスティックインの連動操作をスムーズに行えるよう工夫する必要がある(例えば、特許文献2参照)。

0005

図3は、パイロット操作スプール弁のパイロット圧をリモコン弁直接制御する従来の油圧制御式作業機械の弁制御装置を示す。

0006

すなわち、ブーム第1スプール弁11は、ブーム上げ用パイロット圧Paとブーム下げ用パイロット圧Pbとによりストローク制御され、スティック第1スプール弁12は、スティックイン用パイロット圧Pcとスティックアウト用パイロット圧Pdとによりストローク制御されるが、一方、ブーム上げ用流量を確保するためのブーム第2スプール弁13は、ブーム上げ用パイロット圧Paとスティックイン用パイロット圧Pcとによりストローク制御される。

0007

ブーム第2スプール弁13は、ブームシリンダ6cのヘッド側に作動油を供給するが、スティックイン動作と連動操作するときは、ブーム上げ速度を抑える必要があるので、ブーム第2スプール弁13に対し、ブーム上げ用パイロット圧Paと対抗するスティックイン用パイロット圧Pcを作用させる。

0008

ブーム上げ用パイロット圧Paは、リモコン弁14から出力されるパイロット圧であり、スティックイン用パイロット圧Pcは、リモコン弁15から出力されるパイロット圧であるが、これらのリモコン弁14,15の操作テーブル特性16すなわちレバー操作角度‐パイロット圧特性は、同一のものである。

0009

このように、油圧制御式の場合、各動作共に操作テーブル特性(レバー操作角度とスプール変位量制御用のパイロット圧との関係)が同じであるため、ブーム第2スプール弁13の制御バランスが保たれ、ブーム上げとスティックインの連動操作もスムーズに行うことができる。

0010

これを、図4に示されるように、パイロット圧Pa,Pcなどを電磁比例弁21〜24で制御する電気制御式作業機械の弁制御装置に適用した場合は、電磁比例弁21,22の操作テーブル25と、電磁比例弁23,24の操作テーブル26とを同じものにした場合に限り、上記ブーム第2スプール弁13の制御バランスが保たれ、連動動作がスムーズに行えるが、この図4に示された電気制御式油圧ショベルは、如何なる場合でも最適な操作性を求めるために、各動作の操作テーブル25,26を別々に設定することができる。
特開2003−232305号公報(第5頁、図1
特開2000−96629号公報(第5−6頁、図1

発明が解決しようとする課題

0011

その際、ブーム上げの操作テーブル25とスティックインの操作テーブル26とで特性内容が異なるため、図3の場合では保たれていたブーム第2スプール弁13の制御バランスが崩れ、スティックインとブーム上げの連動操作性能が低下することになる。

0012

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、複数のパイロット操作式制御弁のパイロット圧制御を電磁比例弁で行なう場合の連動操作性能の低下を防止できる弁制御装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0013

請求項1に記載された発明は、第1の流体圧アクチュエータを制御する第1のパイロット操作式制御弁と、第2の流体圧アクチュエータを制御する第2のパイロット操作式制御弁と、第1の流体圧アクチュエータを第1のパイロット操作式制御弁とともに制御する第3のパイロット操作式制御弁と、手動操作量に対して第1のパイロット操作式制御弁の一側に作用するパイロット圧を制御する第1の電磁比例弁と、手動操作量に対して第3のパイロット操作式制御弁の一側に作用するパイロット圧を制御する第2の電磁比例弁と、手動操作量に対して第3のパイロット操作式制御弁の他側に作用するパイロット圧を制御する第3の電磁比例弁と、手動操作量に対して第2のパイロット操作式制御弁の他側に作用するパイロット圧を制御する第4の電磁比例弁とを具備し、第1、第2の電磁比例弁は、共通の手動操作量−パイロット圧特性を備えるとともに、共通の手動操作量を入力されるものであり、第3の電磁比例弁は、第1、第2の電磁比例弁と共通の手動操作量−パイロット圧特性を備えるとともに、第4の電磁比例弁と共通の手動操作量を入力されるものであり、第4の電磁比例弁は、第1、第2および第3の電磁比例弁と異なる手動操作量−パイロット圧特性を備えるとともに、第3の電磁比例弁と共通の手動操作量を入力されるものである構成の弁制御装置である。

0014

請求項2に記載された発明は、請求項1記載の弁制御装置における第1の流体圧アクチュエータが、油圧ショベルのブームを上下方向に回動するブームシリンダであり、第2の流体圧アクチュエータは、ブームの先端に軸支されたスティックをイン・アウト方向に回動するスティックシリンダであり、第1、第2の電磁比例弁は、レバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性を備えるとともに、共通のブーム上げレバー操作量を入力されるものであり、第3の電磁比例弁は、第1、第2の電磁比例弁と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性を備えるとともに、第4の電磁比例弁と共通のスティックインレバー操作量を入力されるものであり、第4の電磁比例弁は、第1、第2および第3の電磁比例弁と異なるレバー操作量−スティックイン用パイロット圧特性を備えるとともに、第3の電磁比例弁と共通のスティックインレバー操作量を入力されるものである。

発明の効果

0015

請求項1に記載された発明によれば、第3の電磁比例弁は、第4の電磁比例弁と共通の手動操作量を入力されるが、第1、第2の電磁比例弁と共通の手動操作量−パイロット圧特性を備えているので、第3のパイロット操作式制御弁の制御バランスを保って、所定の操作性を確保することができ、複数のパイロット操作式制御弁のパイロット圧制御を電磁比例弁で行なう場合の連動操作性能の低下を防止できる。

0016

請求項2に記載された発明によれば、第3の電磁比例弁には、第4の電磁比例弁と共通のスティックインレバー操作量が入力されるが、第3の電磁比例弁は、第1、第2の電磁比例弁と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性を備えているので、このレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性と、第4の電磁比例弁のレバー操作量−スティックイン用パイロット圧特性とが異なる場合においても、第3のパイロット操作式制御弁の制御バランスを保って、スティックインとブーム上げの連動操作性能を確保できる。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、本発明を、図1に示された一実施の形態および図2に示された作業機械としての油圧ショベル1を参照しながら詳細に説明する。

0018

図2に示されるように、第1の流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ6cは、油圧ショベルのブーム6を上下方向に回動する油圧シリンダであり、第2の流体圧アクチュエータとしてのスティックシリンダ7cは、ブーム6の先端に軸支されたスティック7をイン・アウト方向に回動する油圧シリンダである。なお、油圧ショベル1の他の部分の説明は、省略する。

0019

図1には、油圧ショベル1に搭載されたコントロール弁の一部が示され、このコントロール弁は、ブームシリンダ6cを制御する第1のパイロット操作式制御弁としてのブーム第1スプール弁11と、スティックシリンダ7cを制御する第2のパイロット操作式制御弁としてのスティック第1スプール弁12と、ブームシリンダ6cをブーム第1スプール弁11とともに制御する第3のパイロット操作式制御弁としてのブーム第2スプール弁13とを備えている。

0020

コントロール弁は、これらのスプール弁の他に、スティックシリンダ7cをスティック第1スプール弁12とともに制御するスティック第2スプール弁(図示せず)や、バケットシリンダ8cを制御するバケット用スプール弁(図示せず)なども備えている。

0021

これらのスプール弁のパイロットラインには、手動操作量としてのブーム上げレバー操作量に対してブーム第1スプール弁11の一側に作用するブーム上げ用パイロット圧Paを制御する第1の電磁比例弁21と、ブーム上げレバー操作量に対してブーム第2スプール弁13の一側に作用するブーム上げ用パイロット圧Paを制御する第2の電磁比例弁22と、手動操作量としてのスティックインレバー操作量に対してブーム第2スプール弁13の他側に作用する反ブーム上げ用パイロット圧Peを制御する第3の電磁比例弁27と、スティックインレバー操作量に対してスティック第1スプール弁12の他側に作用するスティックイン用パイロット圧Pcを制御する第4の電磁比例弁24とが設置されている。

0022

ブーム第1スプール弁11の他側に作用するブーム下げ用パイロット圧Pbや、スティック第1スプール弁12の一側に作用するスティックアウト用パイロット圧Pdは、図示されない電磁比例弁により制御される。

0023

第1、第2の電磁比例弁21,22は、共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性の操作テーブル25を備えるとともに、共通のブーム上げレバー操作量を入力されるものである。

0024

第3の電磁比例弁27は、第1、第2の電磁比例弁21,22と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性の操作テーブル25を備えるとともに、第4の電磁比例弁24と共通のスティックインレバー操作量を入力されるものである。

0025

第4の電磁比例弁24は、第1、第2および第3の電磁比例弁21,22,27と異なるレバー操作量−スティックイン用パイロット圧特性の操作テーブル26を備えるとともに、第3の電磁比例弁27と共通のスティックインレバー操作量を入力されるものである。

0026

操作テーブル25,26は、電気信号で入力されたレバー操作量を演算処理して電磁比例弁21,22,27,24を制御するコントローラ(図示せず)内に、数式またはマッピング形式で内蔵されている。

0027

次に、この実施の形態の作用効果を説明する。

0028

例えば、バケット8の先端を地面に着けたまま水平引き作業をする場合は、スティックイン動作とブーム上げ動作とを連動操作する必要があるので、一側にブーム上げ用パイロット圧Paが作用するとともに他側に反ブーム上げ用パイロット圧Peが作用するブーム第2スプール弁13の制御バランスを良好に保つことで、スティックインレバー操作量に応じてブーム上げ速度を抑え、ブーム上げとスティックインの連動操作をスムーズに行えるようにする。

0029

その際、最適な操作性を求めるために、ブーム上げ用の操作テーブル25とスティックイン用の操作テーブル26とが別々に設定されているが、ブーム第2スプール弁13の一側と他側とに作用するパイロット圧特性は共通の操作テーブル25が用いられ、スティックイン動作およびブーム上げ動作の操作テーブル特性(レバー操作量とスプール変位量制御用のパイロット圧との関係)が同じであるため、上記ブーム第2スプール弁13の制御バランスが良好に保たれる。

0030

このように、第3の電磁比例弁27には、第4の電磁比例弁24と共通のスティックインレバー操作量が入力されるが、第3の電磁比例弁27は、第1、第2の電磁比例弁21,22と共通のレバー操作量−ブーム上げ用パイロット圧特性の操作テーブル25を備えているので、ブーム第2スプール弁13の制御バランスを良好に保って、スティックインとブーム上げの連動操作性能を確保でき、複数のパイロット操作式制御弁のパイロット圧制御を電磁比例弁で行なう場合の連動操作性能の低下を防止できる。

0031

すなわち、ブーム第2スプール弁13を制御する反ブーム上げ用パイロット圧Peを、レバー操作量はスティックインレバーストロークを用いて、ブーム上げ用の操作テーブル25でパイロット圧を制御するため、スティックインの操作テーブル26とブーム上げの操作テーブル25とが異なる場合においても、ブーム第2スプール弁13の制御バランスを良好に保ち、スティックインとブーム上げの連動操作性能を確保することができる。

0032

なお、本方法は連動操作時のみ適用される。

0033

本発明は、油圧ショベルなどの作業機械に利用可能である。

図面の簡単な説明

0034

本発明に係る弁制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。
同上弁制御装置が搭載された作業機械の側面図である。
従来の油圧制御式作業機械の弁制御装置を示すブロック図である。
従来の電気制御式作業機械の弁制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

0035

1油圧ショベル
6ブーム
6c 第1の流体圧アクチュエータとしてのブームシリンダ
7スティック
7c 第2の流体圧アクチュエータとしてのスティックシリンダ
11 第1のパイロット操作式制御弁としてのブーム第1スプール弁
12 第2のパイロット操作式制御弁としてのスティック第1スプール弁
13 第3のパイロット操作式制御弁としてのブーム第2スプール弁
21 第1の電磁比例弁
22 第2の電磁比例弁
24 第4の電磁比例弁
27 第3の電磁比例弁

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