(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変絞りを有する制御弁と、この制御弁を介してアクチュエータに接続する可変容量ポンプと、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、これら差圧に応じて制御圧を生成するレギュレータバルブと、この制御圧に応じて可変容量ポンプの傾転角を制御し、ポンプ圧を、アクチュエータの最高負荷圧よりも上記レギュレータバルブのスプリングの押付力に相当する分だけ高く保つ制御シリンダと、ポンプ圧が導かれ、馬力一定制御をおこなう馬力一定制御シリンダと、可変容量ポンプに制御弁と並列に接続するとともに、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、その差圧がスプリングの押付力よりも大きくなったとき、開位置に切換わるアンロード弁とを備えた油圧駆動機械の制御装置において、切換手段によって切換わる切換弁を設けるとともに、この切換弁は、レギュレータバルブの他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導く第１切換位置と、レギュレータバルブの他方のパイロット室にポンプ圧を導く第２切換位置とを有し、かつ、上記アンロード弁は、そのスプリングの押付力を、上記レギュレータバルブの制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くし、制御弁の可変絞り前後の差圧を大きくすることを特徴とする油圧駆動機械の制御装置。
【請求項２】
切換手段は、切換弁を第１切換位置に保つスプリングと、このスプリングに抗して切換弁を第２切換位置に切り換える手動操作機構とを備えたことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
【請求項３】
切換手段は、切換弁を第１切換位置に保つスプリングと、油温を検出するとともに、油温が所定温度に達するまで、切換弁をスプリングに抗して第２切換位置に維持するよう信号を出力するコントローラーとを備えたことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
【請求項４】
切換手段は、温度により長さや体積が変化する感熱物体を備え、油温が所定温度に達するまで、切換弁を第２切換位置に維持し、油温が所定温度に達すると、この感熱物体の長さや体積が変化して、切換弁を第１切換位置に切換える構成にしたことを特徴とする請求項１記載の油圧駆動機械の制御装置。
【請求項５】
タンクとポンプの吸込み口とを連通する通路途中で油温を検出あるいは感熱する構成にしたことを特徴とする請求項３又は４記載の油圧駆動機械の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建設機械や農業機械など油圧駆動機械の制御装置に係り、特に、寒冷地での使用に最適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５に、従来例の油圧駆動機械の制御装置を示す。
可変容量ポンプＰに、高圧通路１を介して、複数の制御弁２〜５をパラレルに接続している。そして、これら制御弁２〜５をそれぞれ図示しないアクチュエータに接続し、その切換量に応じて供給側の可変絞り２ａ〜５ａの開度を制御するようにしている。
これら制御弁２〜５に流入するポンプ吐出油は、可変絞り２ａ〜５ａを通過してから、いったん制御弁２〜５の外に流出する。そして、圧力補償弁６を通過してから再び制御弁２〜５に流入し、それから図示しないアクチュエータに供給される。
【０００３】
また、アクチュエータからの戻り油は、これら制御弁２〜５を通過し、タンク通路７を介してタンクＴに戻される。
さらに、これら制御弁２〜５には、負荷検出ポート２ｂ〜５ｂを設け、制御弁２〜５を切換えたとき、アクチュエータヘの供給側通路に連通するようにしている。そして、これら負荷検出ポート２ｂ〜５ｂで検出された負荷圧のうち、その最高負荷圧が、シャトル弁１０により選択されることになる。
ただし、制御弁２〜５を図５の中立位置に保っているとき、負荷検出ポート２ｂ〜５ｂは、タンクポート２ｃ〜５ｃを介してタンク通路７に連通している。
【０００４】
上記可変容量ポンプＰは、その傾転角に応じて吐出容量が決められる。そして、この傾転角を制御する制御シリンダ８には、レギュレータバルブ９によって生成された制御圧力が導かれる。
レギュレータバルブ９は、その一方のパイロット室９ａに、ポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室９ｂに、上記シャトル弁１０によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれている。そして、パイロット室９ｂ側には、スプリング１１を設けている。
【０００５】
このようにしたレギュレータバルブ９は、ポンプ圧と最高負荷圧との差によって切換わり、その差圧がスプリング１１の押付力とバランスした切換位置で、ポンプ圧から制御圧力を生成する。なお、この制御圧力は、ポンプ圧ではなく、その他の外部圧力から生成してもかまわない。
そして、この制御圧力が制御シリンダ８に導かれると、この制御シリンダ８は、可変容量ポンプＰの傾転角を制御し、ポンプ圧を、最高負荷圧よりもスプリング１１の押付力に相当する分だけ高く保つことになる。
【０００６】
このように、ポンプ圧を最高負荷圧よりも所定圧だけ高く保つロードセンシング制御をおこなうので、上記制御弁２〜５の可変絞り２ａ〜５ａ前後の差圧を一定に保つことができる。したがって、アクチュエータ側の負荷変動にかかわらず、その供給流量を一定に保ち、アクチュエータスピードを一定にすることができる。
ただし、このようなロードセンシング制御を、図６の馬力一定制御特性を超えない範囲でのみ行い、可変容量ポンプＰのオーバーロードを防止している。
【０００７】
例えば、アクチュエータが、可変容量ポンプＰの容量を超えるような高圧・大流量を要求したようなとき、負荷圧とポンプ圧との差は小さくなる。したがって、レギュレータバルブ９は、スプリング１１によってノーマル状態に近い状態となり、制御圧力はタンク圧に近くなる。
したがって、このとき、可変容量ポンプＰの傾転角は馬力制御シリンダ１２によって決められ、図６に示す馬力一定制御がおこなわれることになる。
【０００８】
さらに、可変容量ポンプＰには、制御弁２〜５と並列にしたアンロード弁１３を接続している。
このアンロード弁１３は、その一方のパイロット室１３ａに、ポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室１３ｂに、シャトル弁１０によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれている。そして、パイロット室１３ｂ側には、スプリング１４を設けている。ただし、このスプリング１４の押付力を、上記レギュレータバルブ９の制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしている。
【０００９】
このようにしたアンロード弁１３は、可変容量ポンプＰがスタンバイ流量を吐出したときなどに、その余剰流量をタンクＴに戻す役割を果たすものである。
つまり、この種の制御装置では、すべての制御弁２〜５が中立位置にあるときにも、可変容量ポンプＰにスタンバイ流量を吐出させ、制御弁２〜５を切換えたときの応答性を高めようとしている。
【００１０】
すべての制御弁２〜５が中立位置にあれば、アンロード弁１３の一方のパイロット室１３ａにはポンプ圧が導かれるが、他方のパイロット室１３ｂはタンクＴに連通することになる。したがって、アンロード弁１３は開位置に切換わり、スタンバイ流量のすべてをタンクＴに戻すことになる。
また、ある制御弁２〜５を切換えたが、その切換量がわずかで、アクチュエータの要求流量がスタンバイ流量よりも少ないようなときにも、その流量に基づく可変絞り２ａ〜５ａ前後の差圧に応じて、アンロード弁１３は開位置にあり、余剰流量をタンクＴに戻すことになる。
【００１１】
なお、アクチュエータの要求流量がスタンバイ流量を超えてからは、前述したように、可変容量ポンプＰがロードセンシング制御される。
このとき、アンロード弁１３には、その一方のパイロット室１３ａにポンプ圧が導かれ、他方のパイロット室１３ｂにシャトル弁によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれる。そして、このスプリング１４の押付力を、上記レギュレータバルブ９の制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしたので、アンロード弁１３は、図５の閉位置を維持することになる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
油圧駆動機械を寒冷地で使用したような場合、特にその始動時には油温が低いため、油の粘度が高くなってしまう。そして、油の粘度が高くなると、ある可変絞り２ａ〜５ａにおいて、その開度及び前後の差圧が同じであっても、そこを流れる流量は粘度の低いときに比べて少なくなってしまう。
このように、可変絞り２ａ〜５ａを流れる流量が少なくなると、アクチュエータスピードが通常時より遅くなってしまい、オペレータは違和感を抱いてしまうことになる。
この発明の目的は、油温が低いときに、アクチュエータスピードが遅くなるのを防止・軽減し、オペレータが違和感を抱くのを避けることができる油圧駆動機械の制御装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、可変絞りを有する制御弁と、この制御弁を介してアクチュエータに接続する可変容量ポンプと、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、これら差圧に応じてポンプ圧から制御圧を生成するレギュレータバルブと、この制御圧に応じて可変容量ポンプの傾転角を制御し、ポンプ圧を、アクチュエータの最高負荷圧よりも上記レギュレータバルブのスプリングの押付力に相当する分だけ高く保つ制御シリンダと、ポンプ圧が導かれ、馬力一定制御をおこなう馬力一定制御シリンダと、可変容量ポンプに制御弁と並列に接続するとともに、一方のパイロット室にポンプ圧を導き、かつ、他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導き、その差圧がスプリングの押付力よりも大きくなったとき、開位置に切換わるアンロード弁とを備え、アンロード弁のスプリングの押付力を、上記レギュレータバルブの制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしてなる油圧駆動機械の制御装置を前提とする。
【００１４】
そして、第１の発明は、切換手段によって切換わる切換弁を設けるとともに、この切換弁は、レギュレータバルブの他方のパイロット室にアクチュエータの最高負荷圧を導く第１切換位置と、レギュレータバルブの他方のパイロット室にポンプ圧を導く第２切換位置とを有し、かつ、上記アンロード弁は、そのスプリングの押付力を、上記レギュレータバルブの制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くし、制御弁の可変絞り前後の差圧を大きくする点に特徴を有する。
第２の発明は、第１の発明において、切換手段は、切換弁を第１切換位置に保つスプリングと、このスプリングに抗して切換弁を第２切換位置に切り換える手動操作機構とを備えた点に特徴を有する。
【００１５】
第３の発明は、第１の発明において、切換手段は、切換弁を第１切換位置に保つスプリングと、油温を検出するとともに、油温が所定温度に達するまで、切換弁をスプリングに抗して第２切換位置に維持するよう信号を出力するコントローラーとを備えた点に特徴を有する。
第４の発明は、第１の発明において、切換手段は、温度により長さや体積が変化する感熱物体を備え、油温が所定温度に達するまで、切換弁を第２切換位置に維持し、油温が所定温度に達すると、この感熱物体の長さや体積が変化して、切換弁を第１切換位置に切換える構成にした点に特徴を有する。
第５の発明は、第３又は４の発明において、タンクとポンプの吸込み口とを連通する通路途中で油温を検出あるいは感熱する構成にした点に特徴を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、この発明の第１実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、基本的な回路構成については上記従来例とまったく同じなので、以下では、その相違点を中心として説明するとともに、従来例と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
レギュレータバルブ９の他方のパイロット室９ｂには、３ポート２位置切換弁１５を介して、シャトル弁１０によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧が導かれている。
【００１７】
３ポート２位置切換弁１５は、通常、スプリング１６によって図１の第１切換位置１５ａにあり、レギュレータバルブ９の他方のパイロット室９ｂに、シャトル弁１０によって選択されたアクチュエータの最高負荷圧を導いている。
それに対して、レバー１７を操作すると、３ポート２位置切換弁１５はスプリング１６に抗して第２切換位置１５ｂに切換わることになる。そして、第２切換位置１５ｂに切換わると、レギュレータバルブ９の他方のパイロット室９ｂには、高圧通路１のポンプ圧が導かれることになる。
なお、この第１実施例では、スプリング１６とレバー１７とが相まって、この発明の切換手段を構成しているものとする。また、手動操作機構としてレバー１７を用いているが、それ以外の構成にしてもかまわない。
【００１８】
次に、この第１実施例における油圧駆動機械の制御装置の作用を説明する。
例えば、油圧駆動機械を寒冷地で使用したような場合、急な作動時などに、レバー１７を操作して、３ポート２位置切換弁１５を第２切換位置１５ｂに切り換える。
３ポート２位置切換弁１５が第２切換位置１５ｂにあれば、レギュレータ９の両パイロット室９ａ、ｂにポンプ圧が導かれることになり、レギュレータ９はスプリング１１によって、図１の切換位置を保つことになる。
したがって、このときは、可変容量ポンプＰの傾転角は馬力制御シリンダ１２によって決められ、図６に示す馬力一定制御がおこなわれることになる。
【００１９】
このように馬力一定制御がおこなわれると、ポンプ圧は、レギュレータ制御されているときよりも高くなる。
したがって、このポンプ圧がアンロード弁１３の一方のパイロット室１３ａに導かれ、このアンロード弁１３は、ポンプ圧を、他方のパイロット室１３ｂのアクチュエータの最高負荷圧よりもスプリング１４の押付力に相当する分だけ高くするよう開位置に切換わることになる。
そして、スプリング１４の押付力は、上記レギュレータバルブ９の制御時におけるポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差よりも高くなるようにセットしてあるので、それだけポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差圧、言い換えれば、制御弁２〜５の可変絞り２ａ〜５ａ前後の差圧が大きくなる。
【００２０】
以上述べたように、３ポート２位置切換弁１５を第２切換位置１５ｂにすれば、ポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差圧、言い換えれば、制御弁２〜５の可変絞り２ａ〜５ａ前後の差圧を大きくしてやることができる。
したがって、例えば、油温が低いときに、３ポート２位置切換弁１５を第２切換位置１５ｂにしておけば、可変絞り２ａ〜５ａ前後の差圧を大きくした分だけ、そこを流れる流量を多く確保することができる。そして、油温が低いため少なくなってしまう流量を、可変絞り２ａ〜５ａ前後の差圧を大きくすることで補うようにすれば、アクチュエータスピードが遅くなってしまうのを防止・軽減することができ、オペレータが違和感を抱くのを避けることができる。
【００２１】
しかも、可変容量ポンプＰを馬力一定制御すれば、その吐出流量もロードセンシング制御の場合より多くなるので、油の循環量が多くなり、油温上昇時間を短縮させることもできる。
なお、油温が適当に上昇したら、３ポート２位置切換弁１５を第１切換位置１５ａに戻してやればよい。このときは、上記従来例で既に説明したように、ロードセンシング制御をおこなうことになる。
また、この第１実施例の場合は、手動操作により任意に３ポート２位置切換弁１５を切り換えることができるので、寒冷地での使用時はもちろん、通常作業時であっても、アクチュエータスピードを二速化することができる。
【００２２】
図２に、この発明の第２実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、この第２実施例は、上記第１実施例の操作手段を変更しただけである。
３ポート２位置切換弁１５には、コントローラーＣを接続している。そして、このコントローラーＣから出力された信号が導かれると、３ポート２位置切換弁１５が、スプリング１６に抗して第２切換位置１５ｂに切換わるようにしている。
このコントローラーＣには、油温計１８を接続している。そして、コントローラーＣは、油温が所定温度に達するまで、第２切換位置１５ｂを維持するよう信号を出力する構成となっている。
なお、信号としては、圧力信号であっても、電気的な信号であってもかまわない。
【００２３】
図３に、この発明の第３実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、この第３実施例も、上記第１実施例の操作手段を変更しただけである。
３ポート２位置切換弁１５には、ロッド１９を当接させるとともに、このロッド１９に形状記憶スプリング２０を連係させている。
この形状記憶スプリング２０は、油温が所定温度に達するまで、その取り付け長さが短く、３ポート２位置切換弁１５が、スプリング１６によって第２切換位置１５ｂに保たれている。ただし、油温が所定温度に達すると、その取り付け長さが長くなり、３ポート２位置切換弁１５は第１切換位置１５ａに切換わる。
【００２４】
図４に、この発明の第４実施例における油圧駆動機械の制御装置を示す。ただし、この第４実施例も、上記第１実施例の操作手段を変更しただけである。
３ポート２位置切換弁１５には、ロッド１９を当接させている。そして、このロッド１９を組み込んだシリンダ２１のボトム側室には、温度によって体積の変化するワックス２２を充填している。
このワックス２２は、油温が所定温度に達するまでは、その体積が小さく、３ポート２位置切換弁１５が、スプリング１６によって第２切換位置１５ｂに保たれている。ただし、油温が所定温度に達すると、その体積が大きくなり、３ポート２位置切換弁１５は第１切換位置１５ａに切換わることになる。
【００２５】
なお、これら第３、４実施例では、シリンダ２０、２１に、タンクＴと可変容量ポンプＰの吸込み口とを連通する通路途中の油を導き、その温度を形状記憶スプリング２０やワックス２２に感熱させている。したがって、タンクＴ内の油温の不均一な状態を考慮しなくてもよく、より正確な油温により制御することができる。
もちろん、第２実施例においても、コントローラーＣが、タンクＴではなく、タンクＴと可変容量ポンプＰの吸込み口とを連通する通路途中から油温を検出するようにすれば、同様に、より正確な油温による制御が可能となる。
また、感熱物質としては、第３、４実施例の形状記憶スプリング２０やワックス２２に限らず、膨張率の高い材質ならば何を用いてもかまわない。
【００２６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、切換弁を第２切換位置にすると、ポンプ圧とアクチュエータの最高負荷圧との差圧、言い換えれば、制御弁の可変絞り前後の差圧を大きくしてやることができる。
したがって、例えば、油温が低いとき、位置切換弁を第２切換位置にしておけば、可変絞り前後の差圧を大きくした分だけ、そこを流れる流量を多く確保することができる。そして、油温が低いため少なくなってしまう流量を、可変絞り前後の差圧を大きくすることで補うようにすれば、アクチュエータスピードが遅くなってしまうのを防止・軽減し、オペレータに違和感を抱かせない。
しかも、切換弁を第２切換位置に切り換えたとき、可変容量ポンプが馬力一定制御されるので、その吐出流量は多くなる。したがって、油の循環量が多くなり、油温上昇時間を短縮させることができる。
さらに、この第１の発明では、アンロード弁と切換弁とを組み合わせたので、上記のように切換弁を第２切換位置に切り換えた場合にも、通常のロードセンシング制御よりもポンプ吐出圧を高く保った状態で、ロードセンシング制御に近い制御が可能になる。
【００２７】
第２の発明によれば、第１の発明において、レバーによって任意に切換弁を切り換えることができる。したがって、寒冷地での使用時はもちろん、通常作業時にも、切換弁を切換えることで、アクチュエータスピードを二速化することができる。
第３、４の発明によれば、第１の発明において、油温が低いときに、切換弁が第２切換位置を維持するとともに、油温が所定温度に達すると、自動的に切換弁を第１切換位置に切り換えることができる。
特に、第４の発明によれば、コントローラーなどが不要なので、コストもかからない。
第５の発明によれば、第３、４の発明において、タンクと可変容量ポンプの吸込み口とを連通する通路途中から油温を検出するので、タンク内の油温の不均一な状態を考慮しなくてもよく、より正確な油温により制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図２】第２実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図３】第３実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図４】第４実施例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図５】従来例の油圧駆動機械の制御装置を示す回路図である。
【図６】馬力一定制御特性を示す図である。
【符号の説明】
Ｐ              可変容量ポンプ
２〜５          制御弁
２ａ〜５ａ      可変絞り
８              制御シリンダ
９              レギュレータバルブ
９ａ、９ｂ      パイロット室
１１            スプリング
１２            馬力制御シリンダ
１３            アンロード弁
１３ａ、１３ｂ  パイロット室
１４            スプリング
１５            ３ポート２位置切換弁
１５ａ          第１切換位置
１５ｂ          第２切換位置
１６            スプリング
１７            レバー
Ｃ              コントローラー
２０            スプリング
２２            ワックス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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