(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レギュレータに作用する圧力に応じて吐出量を変化させる可変吐出ポンプと、この可変吐出ポンプとアクチュエータとの間に設け、切換え過程で開度を変化させる可変絞り機能を備えた切換弁と、この切換弁と可変吐出ポンプとの間に設け、切換弁の可変絞り前後の差圧に応じて動作する圧力補償弁とを備え、上記可変絞りの下流側の圧力と圧力補償弁の上流側の圧力との差に応じてレギュレータが動作して、可変吐出ポンプの吐出量を制御する構成にした油圧回路装置において、上記切換弁のパイロット室にパイロット圧を出力する比例弁と、切換弁のスプールの両側に設けたスプリングと、上記アクチュエータの負荷圧に応じて動作する圧力検出ピストンとを備え、上記圧力検出ピストンの移動量に応じて、スプリングの弾性力を調節可能にするとともに、この調節されたスプリングの弾性力を切換弁のスプールに直接作用させることによって、パイロット圧により切換弁のスプールに作用する推力を減殺させる構成にしたことを特徴とする油圧回路装置。
【請求項２】
レギュレータに作用する圧力に応じて吐出量を変化させる可変吐出ポンプと、この可変吐出ポンプとアクチュエータとの間に設け、切換え過程で開度を変化させる可変絞り機能を備えた切換弁と、この切換弁と可変吐出ポンプとの間に設け、切換弁の可変絞り前後の差圧に応じて動作する圧力補償弁とを備え、上記可変絞りの下流側の圧力と圧力補償弁の上流側の圧力との差に応じてレギュレータが動作して、可変吐出ポンプの吐出量を制御する構成にした油圧回路装置において、上記切換弁のパイロット室にパイロット圧を出力する比例弁と、切換弁のスプールの両側に設けたスプリングと、スプリングの一端に固定したプッシュプレートと、上記アクチュエータの負荷圧に応じて動作する圧力検出ピストンとを備え、上記プッシュプレートに、圧力検出ピストンの移動量に応じた推力を作用させるとともに、このプッシュプレートを切換弁のスプールに直接作用させることによって、パイロット圧により切換弁のスプールに作用する推力を減殺させる構成にしたことを特徴とする油圧回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、パワーショベル等の建設車両に用いるのに最適な油圧回路装置に関し、特にネガティブ制御とロードセンシング制御の両方の利点を備えたものである。
【０００２】
図４に示した従来のネガティブ制御の油圧回路装置は、切換弁１を図示の中立位置に保持しているとき、可変吐出ポンプＰからの吐出油が絞り２を経由してタンクＴに戻される。そして、このときの絞り２の上流側の圧力がレギュレータ３に作用し、ポンプ吐出量を減少させる。
この状態から切換弁１を左右いずれかに切換えると、タンクＴへの通路が閉ざされるので、絞り２の上流側の圧力が最小になり、したがって、レギュレータ３に作用する圧力も最小になる。このようにレギュレータ３への作用力が最小になると、可変吐出ポンプＰの吐出量は最大になる。
【０００３】
ただし、切換弁１が上記のように切換わる過程をつぶさに見ると、図５のような状態を経由することになる。つまり、切換弁１を切換えると、各通路が急激に開閉するのではなく、それらは徐々に開き、また徐々に閉じる。
いま、切換弁１が図５に示す位置から絞りａをさらに絞っていくと、その絞りａの上流側の圧力ＰＳが上昇する。そして、この圧力ＰＳが、アクチュエータＡ側の負荷圧ＰＬよりも高くなるまで、可変絞りａの下流側の圧力ＰＮがほとんど一定に保たれる。
そして、ＰＳ＞ＰＬとなると、ロードチェック弁４が開いて、ポンプＰの吐出油が上記アクチュエータＡに流れることになる。このようにしてアクチュエータＡに圧油が供給されると、絞りａの下流側の圧力が下がるので、可変吐出ポンプＰの吐出量が増大する。
【０００４】
また、上記のネガティブ制御の油圧回路装置とは別のロードセンシング制御の油圧制御回路装置として、図６に示すものが従来から知られている。
この図６に示した従来の装置は、可変吐出ポンプＰと切換弁１との間に圧力補償弁５を設けるとともに、ロードチェック弁６の上流側の圧力を、この圧力補償弁５の一方のパイロット室５ａに導き、上記切換弁１の可変絞りｃの下流側の負荷圧を他方のパイロット室５ｂに導くようにしている。
また、可変絞りｃの下流側の負荷圧は、レギュレータ７にも導いているが、このレギュレータ７には、圧力補償弁５の上流側の圧力も導き、これら両者の圧力差に応じて可変吐出ポンプＰの吐出量が制御されるようにしている。
いま、切換弁１を左右いずれかに切換えると、そのストロークに応じて可変絞りｃの開度が決まる。このように開度が決まると、圧力補償弁５はこの絞りｃ前後の圧力差が一定になるようにその絞りｄの開度を制御し、アクチュエータＡの負荷に関係なく一定の流量が供給されるようにする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来のネガティブ制御の回路装置では、アクチュエータに圧油が流れ始めるときの切換弁１の操作レバーの操作量が、その負荷圧に応じて変化する。つまり、ＰＳ＞ＰＬとなったとき、ロードチェック弁４が開いて、ポンプＰの吐出油が上記アクチュエータに供給されるが、ロードチェック弁４が開くタイミングは、負荷の大きさによって変化する。
このことは、オペレータの操作レバーの操作量でアクチュエータの負荷の大きさがわかるという利点につながる。反面、負荷が大きいときには、インチングの制御範囲が狭くなって、操作が難しくなるという別の問題が発生する。
【０００６】
また、図６に示した従来のロードセンシング制御の回路装置では、切換弁の操作レバーの操作量が一定であれば、アクチュエータの速度も一定になるという利点がある。しかし、この装置では、切換弁の操作レバーの操作量で、その圧力を制御できないので、例えば、図７に示すようにバケット８の背面を地面に接触させたまま、その表面を水平に掘削するいわゆる水平掘削作業をするときに、操作が難しくなる。
つまり、この作業をするときには、車体を止めたまま、バケット８を車体側に引き寄せるが、そのときには、バケット８を地面に圧接させながら、アーム９を矢印α方向に回動させるとともに、ブーム１０をβ方向に上昇させる。
【０００７】
このようなとき、ネガティブ制御では、バケット８の背面をある圧力を保って地面に接触させておけば、その背面が常に水平に保たれる。例えば、バケット８の先端つめ部が地面から離れようとすると、当然のこととして、その負荷が軽くなる。こうなれば、ロードチェック弁４前後に圧力差が生じ、アクチュエータＡに圧油が供給されるので、バケット８は常に地面に接触する方向に回って、それが水平になるように自動的に位置修正される。そして、バケット８の背面を地面に押しつける力は切換弁の操作量によって調整することができる。
しかし、ロードセンシング制御では、アクチュエータへの供給流量が、操作レバーのストロークに応じて決まるので、バケット８の背面を地面に水平に接触させるためには、操作レバーを常に微少操作していなければならない。もし、操作レバーを大きく動かし過ぎると、アクチュエータが必要以上に動いてしまって、バケット８の先端が地面に食い込み過ぎたり、あるいは地面が固過ぎてその先端が食い込めないときには車体が持ち上げられたりしてしまう。
この発明の目的は、ネガティブ制御とロードセンシング制御の両方の利点を備えた油圧回路装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、レギュレータに作用する圧力に応じて吐出量を変化させる可変吐出ポンプと、この可変吐出ポンプとアクチュエータとの間に設け、切換え過程で開度を変化させる可変絞り機能を備えた切換弁と、この切換弁と可変吐出ポンプとの間に設け、切換弁の可変絞り前後の差圧に応じて動作する圧力補償弁とを備え、上記可変絞りの下流側の圧力と圧力補償弁の上流側の圧力との差に応じてレギュレータが動作して、可変吐出ポンプの吐出量を制御する構成にした油圧回路装置を前提にする。
上記の装置を前提にしつつ、第１の発明は、上記切換弁のパイロット室にパイロット圧を出力する比例弁と、切換弁のスプールの両側に設けたスプリングと、上記アクチュエータの負荷圧に応じて動作する圧力検出ピストンとを備え、上記圧力検出ピストンの移動量に応じて、スプリングの弾性力を調節可能にするとともに、この調節されたスプリングの弾性力を切換弁のスプールに直接作用させることによって、パイロット圧により切換弁のスプールに作用する推力を減殺させる構成にしたことを特徴とする。
第２の発明は、上記装置を前提にしつつ、上記切換弁のパイロット室にパイロット圧を出力する比例弁と、切換弁のスプールの両側に設けたスプリングと、スプリングの一端に固定したプッシュプレートと、上記アクチュエータの負荷圧に応じて動作する圧力検出ピストンとを備え、上記プッシュプレートに、圧力検出ピストンの移動量に応じた推力を作用させるとともに、このプッシュプレートを切換弁のスプールに直接作用させることによって、パイロット圧により切換弁のスプールに作用する推力を減殺させる構成にしたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記第１の発明は、上記のように構成したので、アクチュエータの負荷が軽いと、切換弁のスプールにスプリングの減殺力が作用しないので、比例弁の操作量に見合った流量がアクチュエータに供給され、従来のロードセンシング制御と同じように機能することになる。
これに対して、負荷が大きいと、スプリングの減殺力が切換弁のスプールに作用するので、比例弁を大きく操作しても、切換弁の開度は、見かけ上は、その操作量が少ないときと同じ開度になる。そして、比例弁の操作量を一定に保っているときに、アクチュエータの負荷が軽くなると、スプリングの減殺力も小さくなるので、そのときの操作量に見合った流量がアクチュエータに供給されることになる。
また、比例弁から出力されるパイロット圧が、スプリングの最大減殺力を超えると、それ以後は、負荷が軽いときのロードセンシング制御のときのパイロット圧とアクチュエータへの供給流量との制御特性に対して、上記最大減殺力分だけ平行移動した制御特性がえられる。
【００１０】
【発明の効果】
この発明の装置によれば、通常のロードセンシング制御機能を発揮するので、インチングの制御範囲が狭くなるようなことはない。
また、比例弁から出力されるパイロット圧が、減殺力と相殺される範囲で、その比例弁の操作量を一定に保っていれば、負荷が軽くなったときに自動的に切換弁が切換わって、アクチュエータに圧油が供給される。したがって、例えば、パワーショベルでいわゆる水平掘削をする時には、そのバケットの背面を地面に接触させたまま、比例弁の操作量を上記の範囲内で一定に保っていれば、実質的にはネガティブ制御と同じ結果を達成できる。
【００１１】
【実施例】
図１の第１実施例は、可変吐出ポンプＰと切換弁１１との間に、圧力補償弁１２を接続している。
上記切換弁１１は、図示の中立位置にあるとき、アクチュエータＡへの流路を閉じるとともに、その負荷検出ポート１３をタンクＴに連通させる。そして、切換弁１１を中立位置から左右いずれかに切換えると、この負荷検出ポート１３がアクチュエータＡの高圧側に連通するとともに、可変吐出ポンプＰの吐出量を制御するレギュレータ１４にも接続される。
このようにした切換弁１１のスプール両端は、比例弁１５に連通させたパイロット室１１ａ、１１ｂに臨ませている。そして、この比例弁１５は、その操作レバー１５ａの操作量に比例したパイロット圧を出力する。
なお、上記レギュレータ１４は、圧力補償弁１２よりも上流側の圧力と、アクチュエータＡの負荷圧との両者の圧力を検出して、可変吐出ポンプＰの吐出量を制御するようにしている。そして、複数のシャトル弁２４を介して図示の回路以外のアクチュエータの最高負荷圧を選択して、それをレギュレータ１４に作用させるようにしている。
【００１２】
また、上記切換弁１１のスプール両側には、アクチュエータＡの負荷圧が作用する圧力検出ピストン１６、１７を設けるとともに、このピストン１６、１７の先端にスプリング１８、１９を設け、このスプリング先端に固定したプッシュプレート２０、２１を、上記スプールに接触するようにしている。ただし、このプッシュプレート２０、２１でスプールを中立位置を超えてまで押さないようにするために、ストッパー２２、２３を設けている。
上記圧力補償弁１２は、その一方のパイロット室１２ａを、切換弁１１の可変絞りａの上流側に接続し、他方のパイロット室１２ｂをその可変絞りａの下流側に接続している。
そして、この圧力補償弁１２は、従来と同様に可変絞りａの前後の差圧が一定になるように、その開度を制御するものである。
【００１３】
なお、図中符号２５はリリーフ弁で、このリリーフ弁２５は、パイロットピストン２５ａを設け、比例弁１５の制御圧が、このパイロットピストン２５ａに作用して、その設定圧を制御するようにしている。つまり、操作レバー１５ａの操作量が少ないとき、低い設定圧を保ち、ある一定以上の操作量になったとき、最高設定圧を保つようにしている。
このようにリリーフ弁２５の設定圧を操作レバー１５ａの操作量に応じて変化させるようにしたのは、次の理由からである。すなわち、切換弁１１を図示の中立位置に保っているときにも、ポンプＰの吐出量をゼロにしないが、それは、吐出量をゼロにしてしまうと、切換弁１１を切換えた瞬間に十分な流量を確保できないからである。そこで、操作レバー１５ａが中立位置に近いところにあるとき、リリーフ弁２５の設定圧を低くして、ポンプＰの吐出量をブリードオフし、スタンバイ流量を確保できるようにしている。
また、切換弁１１をその切換え位置から中立位置に切換えると、それにともなってポンプＰの吐出量も少なくなるが、切換弁１１の切換えに対して、ポンプＰの吐出量減少に応答遅れが生じる。この応答遅れのために、一時的に回路圧が上昇するが、もしこのときリリーフ弁２５が最高圧に設定されていれば、回路圧もその最高圧まで上昇してしまう。そこで、このときにもリリーフ弁の設定圧を低く保って、エネルギーロスを少なくできるようにしている。
【００１４】
次に、この第１実施例の作用を説明する。
比例弁１５の操作レバー１５ａを倒して、その操作量に比例したパイロット圧を出力すると、そのパイロット圧は切換弁１１のいずれかのパイロット室１１ａあるいは１１ｂに作用する。いま一方のパイロット室１１ａにパイロット圧が作用したとすると、切換弁１１は図面右方向に移動しようとする。しかし、このときのアクチュエータＡ側の負荷圧は、他方のパイロット室１１ｂ側に位置する圧力検出ピストン１７に作用するので、そのスプリング１９のバネ力がスプールに作用し、スプールの右方向への移動を規制する減殺力が発揮される。
【００１５】
したがって、アクチュエータＡの負荷が軽く、上記減殺力がパイロット圧に対して十分に小さければ、その減殺力がほとんど作用しないので、パイロット圧が発生したとき、切換弁１１のスプールが移動して、その可変絞りａを開く。このときのパイロット圧とアクチュエータへの供給流量との制御特性は、図２の特性線ｘで示すとおりとなる。
また、負荷が大きくなると、スプリング１９のたわみ量も大きくなるので、パイロット圧に対する減殺力も大きくなる。したがって、比例弁１５の操作レバー１５ａを操作して切換弁１１が切換わっても、上記減殺力によってスプールが押し戻されることになる。そのために、操作レバー１５ａの負荷が軽いときと同じように操作したとしても、可変絞りａの開度は、見かけ上、操作レバー１５ａの操作量が少ないときと同じになる。このときのパイロット圧とアクチュエータへの供給流量との制御特性は、図２の特性線ｙで示すとおりとなる。そして、特性線ｘとｙとの差が減殺力による平行移動分であり、負荷の大きさに応じてその平行移動量が決まることになる。
【００１６】
さらに、図７に示すように、水平掘削をするときには、例えば、操作レバー１５ａを操作してパイロット室１１ａに作用させて切換弁１１を切換え、バケット８の背面を地面に接触させたとする。このようにしてバケット８が地面に接触すると、それ以上バケット８が移動しないので、負荷圧だけが上昇する。この上昇した負荷圧が、圧力検出ピストン１７に作用するので、スプリング１９のバネ力がスプールの移動方向に対して反力として作用する。したがって、この反力作用で、スプールが押し戻され、可変絞りａが閉じられる。つまり、可変絞りａが閉じられるまで負荷圧が上昇することになる。
【００１７】
この状態で、バケット８の先端のつめ部分が浮き上がるようになると、地面に対するバケット８の押しつけ力が小さくなるので、それだけ負荷が軽くなる。このように負荷が軽くなれば、スプリング１９のバネ力も小さくなるので、切換弁１１が切換わり、その可変絞りａを開く。したがって、そのときに可変絞りａの開度に見合った流量がバケットシリンダに供給され、バケット背面が再び地面に接触することになる。バケット８が地面に接触すれば負荷圧が高くなるので、圧力検出ピストン１７が再び移動し、スプリング１９がたわむ。これによって切換弁１１の可変絞りａが閉じられ、バケット８は一定の圧力のもとで、地面に接触することになる。
【００１８】
水平掘削のようにバケット８の背面を地面に接触させながら比例弁１５の操作レバー１５ａを一定に保っていれば、アクチュエータの負荷変化に応じて切換弁１１のスプールが移動し、バケット８の背面を操作レバー１５ａの操作量に応じた力で常に地面に接触させることができ、従来のネガティブ制御と同じ結果がえられる。
また、アクチュエータ側の負荷に打ち勝って切換弁１１が切換われば、その後は図２の特性線ｙに沿って制御されるので、そのインチングの制御範囲が狭くなるようなこともなくなる。
【００１９】
図３は第２実施例を示したものである。ここでは、切換弁１１両側の圧力検出ピストン１６、１７と、スプリング１８、１９と、プッシュプレート２０、２１との配置、およびスプリング１８、１９のスプリング荷重を安定させる内側部分３１、３２にスプリング１８、１９を当接させている点以外は第１実施例と同じである。
すなわち、切換弁１１の両側に設けた圧力検出ピストン１６、１７と平行にスプリング１８、１９を設け、これら圧力検出ピストン１６、１７とスプリング１８、１９とを切換弁１１側に設けたプッシュプレート２０、２１に取り付けている。
そして、スプリング１８、１９の他端を、スプールを収納している切換弁１１の内側部分３１、３２に当接させている。このように、スプリング１８、１９を内側部分３１、３２に当接させることで、そのスプリング荷重を安定させている。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の回路図である。
【図２】パイロット圧とアクチュエータへの供給流量との関係を示したグラフである。
【図３】第２実施例の回路図である。
【図４】従来のネガティブ制御の装置の回路図である。
【図５】図４の切換弁の切換え過程の状況を記号で示した図である。
【図６】従来のロードセンシング制御の装置の回路図である。
【図７】パワーショベルの側面図である。
【符号】
Ｐ          可変吐出ポンプ
Ａ          アクチュエータ
１１        切換弁
１２        圧力補償弁
１５        比例弁
１６、１７  圧力検出ピストン
１８、１９  スプリング
２０、２１  プッシュプレート
【図１】
0003697269.tif 000002
【図２】
0003697269.tif 000003
【図３】
0003697269.tif 000004
【図４】
0003697269.tif 000005
【図５】
0003697269.tif 000006
【図６】
0003697269.tif 000007
【図７】
0003697269.tif 000008