(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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と、この可変ポンプとアクチュエータとの間に接続し、戻り側通路にメータアウト絞りを設けたスプール弁と、このスプール弁の切換えを制御する操作手段とを備えた建設機械の油圧回路において、上記可変ポンプとスプール弁との間に接続し、パイロット信号に応じて絞り開度を制御するサーボ弁機構を有する制御弁と、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、このバルブコントローラからの信号及びスプール弁の制御信号が入力されるとともに、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するメインコントローラとを備え、上記バルブコントローラは、第１、２圧力センサー及びストロークセンサーからの信号に基づいて、制御弁を通過する流量を求めるとともに、この通過流量とメインコントローラからの指令流量値との偏差がゼロになるように制御弁の開度を制御することでメータイン制御する一方、制御弁の下流側の圧力が設定圧以下になったときに、上記メインコントローラの指令流量値に基づく開度よりも制御弁の開度を大きくして、メータアウト絞りによるメータアウト制御に切り換えることを特徴とする建設機械の油圧回路。
【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回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示した従来の油圧回路は、１つの可変ポンプＰで複数のアクチュエータａ1 、ａ2 を駆動するもので、これらアクチュエータ回路ごとに圧力補償付流量制御弁１と、図示していないスプール弁に機能的に保持された可変絞り２とを備えている。
上記可変ポンプＰはレギュレータ３によってその傾転角すなわち吐出量が制御される。このレギュレータ３は、ピストン３ａでボトム側室３ｂとロッド側室３ｃとに区画されるとともに、ロッド側室３ｃにスプリング３ｄを介在させている。そして、このロッド側室３ｃはシャトル弁４に接続されているが、このシャトル弁４は両アクチュエータａ1 、ａ2 の高い方の負荷圧を選択するようにしている。したがって、上記ロッド側室３ｃには、各アクチュエータの最高圧が導かれる。また、ボトム側室３ｂは可変ポンプＰと圧力補償付流量制御弁１との間の圧力である可変ポンプＰの吐出圧が導かれるようにしている。
このようにしたレギュレータ３は、そのピストン３ａがスプリング３ｄに抗して矢印５方向に移動したとき、可変ポンプＰの吐出量を減少させ、ピストン３ａが矢印５とは反対方向に移動したときには可変ポンプＰの吐出量を増大させる。
【０００３】
上記圧力補償付流量制御弁１は、その一方のパイロット室１ａを上記可変絞り２の上流側に接続し、他方のパイロット室１ｂを可変絞り２の下流側に接続している。そして、この他方のパイロット室１ｂには、そこに作用する圧力以外にスプリング６のバネ力も作用するようにしている。
また、一方のパイロット室１ａ側には、各アクチュエータの流量配分を制御する制御機構からのパイロット圧が作用する制御パイロット室１ｃも設けている。
【０００４】
このようにした圧力補償付流量制御弁１は、可変オリフィス２の開度に応じて、その前後の差圧がスプリング６のバネ力に等しくなるように制御する。いい換えれば、アクチュエータの負荷圧にかかわらず、可変オリフィス２の開度に依存してその供給流量を一定に保つようにする。また、可変ポンプＰの吐出圧は、レギュレータ３のスプリング３ｄで決められた差圧分だけ、負荷圧よりも高くなるように制御される。
このことにより、アクチュエータに流れる流量は、スプリング３ｄによる差圧と可変絞り２の開度によって決まることになり、負荷の大小に影響されないことになり、いわゆるロードセンシング制御が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにした油圧回路をパワーショベルに用いるときには次のような問題がある。
つまり、バケットを地上に下ろすために、アームを鉛直姿勢まで振り下ろすときには、パワーショベルのアームシリンダに自重落下によるカウンター負荷が作用する。ところがこの鉛直姿勢からバケットを内側に掻き込むときには、このアームシリンダに正方向の負荷が作用する。
そのために、このパワーショベルのアームシリンダは、上記のようにアームを鉛直姿勢まで振り下ろすときに、アームシリンダの戻り側の流量を絞るメータアウト流量制御が必要になる。そして、バケットを内側に掻き込むときには、その供給流量を制御するメータイン流量制御が必要になる。
これに対応するために、上記従来の油圧回路では、メータアウト側に絞りを設けるとともに、可変絞り２の開度を小さくしてバケットが逸走気味になるのを防止している。
【０００６】
ところが、上記可変絞り２の開度が小さ過ぎると、アームシリンダの伸長速度に対してその供給流量が追いつかず、キャビテーションが発生するという問題が発生する。
そこで、上記可変絞り２の開度を大きくすると、今度は、正方向負荷で、その負荷の小さいときに別の問題を発生する。つまり、メータアウト側の絞り開度を同じにしながら、可変絞りの開度だけを大きくすると、負荷が小さいときに、供給量に対して戻り側の絞り抵抗が大きくなり過ぎる。そのために、供給側からの押し込み圧が大きくなり過ぎてエネルギーロスとなるという問題があった。
この発明の目的は、負荷の大小にかかわらず、メータアウト時のキャビテーションを防止するとともに、エネルギーロスも小さくできる油圧回路を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、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と、この可変ポンプとアクチュエータとの間に接続し、戻り側通路にメータアウト絞りを設けたスプール弁と、このスプール弁の切換えを制御する操作手段とを備えた建設機械の油圧回路において、上記可変ポンプとスプール弁との間に接続し、パイロット信号に応じて絞り開度を制御するサーボ弁機構を有する制御弁と、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、このバルブコントローラからの信号及びスプール弁の制御信号が入力されるとともに、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するメインコントローラとを備え、上記バルブコントローラは、第１、２圧力センサー及びストロークセンサーからの信号に基づいて、制御弁を通過する流量を求めるとともに、この通過流量とメインコントローラからの指令流量値との偏差がゼロになるように制御弁の開度を制御することでメータイン制御する一方、制御弁の下流側の圧力が設定圧以下になったときに、上記メインコントローラの指令流量値に基づく開度よりも制御弁の開度を大きくして、メータアウト絞りによるメータアウト制御に切り換えることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
この発明は、上記のように構成したので、第１、２圧力センサー及びストロークセンサーからの信号に応じて、制御弁の開度を自由に設定できる。例えば、制御弁の下流側の圧力が設定圧以下になったことを第２圧力センサーが感知したときには、アクチュエータにカウンター負荷が作用していると判断して、当該制御弁の開度を少し大きくできる。
また、制御弁の前後の圧力差を感知して、従来と同様の流量制御ができるし、レギュレータと制御弁とが相まって、従来と同様のロードセンシング制御も可能である。
【０００９】
【発明の効果】
この発明の装置によれば、制御弁の切換えストロークや、その前後の差圧を電気的に検出して、この制御弁の開度を自由に設定できるので、例えばアクチュエータにカウンター負荷が作用しているときに、制御弁の開度を少し大きくして、キャビテーションの発生を防止できる。しかも、負荷の小さいときには、この制御弁の開度を十分に小さくして、アクチュエータに対する押し込み圧を低く保ち、そのエネルギーロスを少なくすることができる。
【００１０】
【実施例】
図１に示した第１実施例は、１つの可変ポンプＰで複数のアクチュエータａ１、ａ２を駆動することは従来と同様である。そして、これら各アクチュエータ回路には制御弁１１と、スプール弁１２とを備えている。
上記可変ポンプＰ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、メインコントローラ１４で電気的にコントロールされる。
また、制御弁１１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１５を作用させ、他方の側に電磁制御部１１ａを備えている。この電磁制御部１１ａは、バルブコントローラ１６からの出力信号に比例して、制御弁１１をスプリング１５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１１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。
【００１１】
さらに、上記バルブコントローラ１６には、ストロークセンサー１７、第１圧力センサー１８及び第２圧力センサー１９を接続している。
ストロークセンサー１７は、制御弁１１のストロークを検出するが、そのストロークによって実質的には制御弁１１の開度を検出している。また、第１圧力センサー１８は、制御弁１１の上流側の圧力を検出し、第２圧力センサー１９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１７〜１９からの信号を受けるバルブコントローラ１６は、上記したように制御弁１１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１４にも伝達する。
【００１２】
上記スプール弁１２は、その両側に設けたパイロット室１２ａ、１２ｂを、パイロット操作弁２０に接続し、このパイロット操作弁２０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１２ａ、１２ｂのそれぞれにはセンタリングスプリング１２ｃ、１２ｄ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１２の戻り側通路には、メータアウト絞り１２ｅを設けている。
そして、上記パイロット室１２ａあるいは１２ｂのうちのいずれか高い方の圧力がシャトル弁２１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２２で電気的に検出されてメインコントローラ１４に入力される。
【００１３】
次に、この実施例の作用を説明する。
パイロット操作弁２０のパイロット圧がメインコントローラ１４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１２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１４は、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を可変ポンプＰが吐出するようにレギュレータ１３を制御する。
ただし、このときの合計流量が、可変ポンプＰの最大吐出量を超えたときには、メインコントローラ１４が、可変ポンプＰの最大吐出量の範囲内で、各アクチュエータに適正配分するためのアンチサチュレーション演算をし、その信号をバルブコントローラ１６に出力する。適正配分の指令信号を受けたバルブコントローラ１６は、制御弁１１の電磁制御部１１ａを介して、当該制御弁１１の開度を制御する。
【００１４】
いずれにしても、メインコントローラ１４の指令信号に応じてバルブコントローラ１６が動作して制御弁１１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１６は、ストロークセンサー１７からの信号で制御弁１１の開度を演算するとともに、第１、２圧力センサー１８、１９で、この制御弁１１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、この制御弁１１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１４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１１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１１の開度を大きくし、逆の場合にはその開度を小さくする。
【００１５】
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１６は、第２圧力センサー１９からの信号をもとにして、制御弁１１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１１の開度を、メインコントローラ１４からの指令値よりも大きくする。このように制御弁１１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１２ｅ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、設定圧を基準にして、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。
【００１６】
また、この場合に、制御弁１１の実際の開度面積は、メインコントローラ１４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１６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１４にフィードバックし、メインコントローラ１４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１１への供給流量を優先させるために、メインコントローラ１４が、他の制御弁１１に対する指令値の変更をする。
【００１７】
このようにした第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１１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１４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。
さらに、メータイン流量制御時には、制御弁１１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１１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。
【００１８】
図２に示した第２実施例は、第１実施例のパイロット操作弁２０に代えて、電気的な操作器２３を用いた点に特徴を有する。すなわち、この第２実施例では、操作器２３をメインコントローラ１４に直接接続し、この操作器２３の操作量に応じた電気信号で、スプール弁１２を切換えるようにしたものである。
このように操作器２３を用いることによって、信号系統をすべて電気で制御できる。このように電気制御が可能になると、例えば、メータアウト流量制御時に、スプール弁１２のメータアウト絞り１２ｅの開度を積極的に小さくして、アクチュエータの逸走を防止することも可能になる。
いずれにしても、すべてを電気制御することによって、その制御のバリエーションを増やすことができる。
【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２実施例の回路図である。
【図３】従来の回路図である。
【符号】
Ｐ    可変ポンプ
ａ1   アクチュエータ
ａ2   アクチュエータ
１１  制御弁
１２  スプール弁
１３  レギュレータ
１４  メインコントローラ
１６  バルブコントローラ
１７  ストロークセンサー
１８  第１圧力センサー
１９  第２圧力センサー
２０  スプール弁の操作手段としてのパイロット操作弁
２３  同じくスプール弁の操作手段としての操作器
【図１】
0003659654.tif 000002
【図２】
0003659654.tif 000003
【図３】
0003659654.tif 000004