(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷を支持した状態で昇降するシリンダと、このシリンダに圧油を供給するポンプと、このポンプと上記シリンダとの間に介設され、上記シリンダに供給する圧油の方向および流量を制御する切換弁と、上記ポンプと上記シリンダを結ぶ両管路のうち、負荷圧が作用する負荷側管路に設けられ負荷の降下を防止する絞り部と、負荷圧が作用しない非負荷側管路に設けられその管路の圧力を設定するリリーフ弁と、を備えた油圧制御回路において、
上記リリーフ弁の圧力ポートに、上記負荷側管路の圧力と上記非負荷側管路の圧力を導いたことを特徴とするシリンダの速度制御装置。
【請求項２】
上記シリンダが、クレーンのブーム起伏装置を構成するガントリを支持するものである請求項１記載のシリンダの速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常に一方向に負荷が作用するシリンダに好適であるシリンダの速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に示すクローラクレーンにおいて、上部旋回体５０に備えられたラチスブーム５１は伸縮できないため、輸送時には分解されるようになっている。
【０００３】
このラチスブーム５１を作業現場で組み立て、上部旋回体５０に取り付ける場合、上部旋回体５０の後部に備えられたガントリ５２が立てられる。ガントリ５２には２本の油圧シリンダ５４ａ，５４ｂが備えられており、各シリンダを連動して伸長させることによりガントリ５２を矢印Ａ方向に立てていく。
【０００４】
図５は、ガントリ５２を起伏させる油圧制御回路を示したものである。
【０００５】
ガントリ５２を立てる（上げる）場合には、操作信号によってコントロールバルブ５５を中立位置ａからｂ位置に切り換え、油圧ポンプ５６からの圧油をチェック弁５７を通じて油圧シリンダ５４のヘッド側５４ａに供給する。
【０００６】
一方、ガントリ５２を伏せる（下げる）場合にはコントロールバルブ５５を中立位置ａからｃ位置に切り換え、圧油を管路５８を通じてロッド側５４ｂに供給する。ただし、このガントリ下げ操作では、自重降下によってガントリ５２が急激に下がらないよう、ガントリ５２の重量に見合った固定絞り５９を設定しており、また、管路５８内で生じる余剰油についてはリリーフ弁６０からタンクに逃がすようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、立てられたガントリ５２は、ガントリ支持部５３（図４参照）によって所定の姿勢に保持されるため、もはや油圧シリンダ５４ａ，５４ｂを作動させることはない。にもかかわらず油圧シリンダ５４のロッドを伸長させたままにしているとロッド５４ｃが錆びる虞れがある。
【０００８】
そこで、ガントリ５２を動かさない場合はロッド５４ｃとガントリ５２とを連結している連結ピンを取り外し、ロッド５４ｃを縮小させておくことがある。このとき、ヘッド側５４ａには負荷（縮小方向の力）が加わっていないが、絞り５９の設定は変わらないため、ロッド５４ｃの縮小動作は極めて緩慢になり、チューブ内に完全に格納するまで時間がかかってしまう。
【０００９】
なお、縮小速度を速める方法として油圧ポンプ５６を可変容量型にすることも考えられるが、滅多に使用しないガントリ５２の起伏動作のために高いコストをかけることは実用的でない。
【００１０】
本発明は以上のような従来のガントリ起伏用の油圧制御回路における課題を考慮してなされたものであり、負荷が加わっている場合と加わっていない場合とで生じるシリンダの速度差を小さくすることできるシリンダの速度制御装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、負荷を支持した状態で昇降するシリンダと、このシリンダに圧油を供給するポンプと、このポンプとシリンダとの間に介設され、シリンダに供給する圧油の方向および流量を制御する切換弁と、ポンプとシリンダを結ぶ両管路のうち、負荷圧が作用する負荷側管路に設けられ負荷の降下を防止する絞り部と、負荷圧が作用しない非負荷側管路に設けられその管路の圧力を設定するリリーフ弁と、を備えた油圧制御回路において、リリーフ弁の圧力ポートに、負荷側管路の圧力と非負荷側管路の圧力を導いたシリンダの速度制御装置である。
【００１２】
本発明に従えば、例えば、負荷圧が縮小方向に作用している状態でシリンダを縮小動作させると、負荷側管路の圧力がリリーフ弁の圧力ポートに導入される。この圧力ポートには非負荷側管路の圧力も導かれているため、結局、リリーフ弁のリリーフ圧は両者の圧力の和によって低く設定されることになる。それにより、負荷圧が作用している場合には、シリンダの速度勾配が緩慢になる。
【００１３】
また、負荷圧が増加していくと、その負荷圧の増加に応じてリリーフ圧が次第に低くなるため、負荷圧に応じてシリンダの速度が制御されることになる。
【００１４】
一方、無負荷時には、負荷側管路に負荷圧が立たないため、リリーフ弁のリリーフ圧は非負荷側管路の圧力のみで設定されることになり、リリーフ圧を高く設定することができる。それにより、非負荷側管路の管路圧が高くなり、絞り抵抗に打ち勝つ押し込み圧によってシリンダを縮小させることができるようになる。
【００１５】
本発明において、上記シリンダの一具体例としては、クレーンのブーム起伏装置を構成するガントリを支持するものが示される。
【００１６】
ガントリを起伏させる油圧制御回路に本発明を適用すれば、ガントリを立てた後にそのガントリとの連結を解除してシリンダを縮小させる場合に、負荷側管路に負荷圧が立たなくとも、負荷圧が作用しているときに近いシリンダ速度でシリンダを縮小させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るシリンダの速度制御装置をガントリの起伏装置に適用したものである。
【００１９】
同図において、１は図示しないクローラクレーンの上部旋回体後方に配置されてブーム起伏装置を構成しているガントリであり、作業時には支点１ａを中心として矢印Ａ方向に回転することによって起立する。
【００２０】
このガントリ１は車幅方向に設けられた一対の油圧シリンダ２によって支持されており、その油圧シリンダ２のロッド２ａを伸長させることによってガントリ１が起立し、また、ロッド２ａを縮小させることによりガントリ１が伏せられるようになっている。なお、図では手前側の油圧シリンダ２のみ図示している。
【００２１】
次に、上記油圧シリンダ２の制御回路について説明する。
【００２２】
エンジン３を駆動源として固定容量型の油圧ポンプ４が駆動し、この油圧ポンプ４から吐出される圧油はコントロールバルブ５によってその方向および流量が制御される。
【００２３】
コントロールバルブ５のパイロットポート５ａ，５ｂにはガントリ起伏操作用のリモコン弁６が接続されている。
【００２４】
リモコン弁６を上げ操作すると、油圧信号がパイロットポート５ａに作用し、コントロールバルブ５が中立位置ａからｂ位置に切り換わり、一方、下げ操作すると、油圧信号がパイロットポート５ｂに作用し、中立位置ａからｃ位置に切り換わるようになっている。
【００２５】
コントロールバルブ５によって方向および流量が制御された圧油は、給排路７を通じて油圧シリンダ２に供給される。
【００２６】
上記給排路７は、油圧シリンダ２のロッド側油室２ｂに通じる管路７ａとヘッド側油室２ｃに通じる管路７ｂとを有している。なお、上記油圧シリンダ２は、ガントリ１を支持しており、常に一方向に（ヘッド側に）負荷圧が作用するものであるため、以下の説明では管路７ａを非負荷側管路と呼び、管路７ｂを負荷側管路と呼ぶ。
【００２７】
負荷側管路７ｂには絞り部としての固定絞り８とチェック弁９からなるスローリターン回路１０が備えられており、油圧シリンダ２を縮小させる際にガントリ１による自重降下を防止するようになっている。
【００２８】
一方、非負荷側管路７ａにはその管路の圧力を設定するためのリリーフ弁１１が設けられている。
【００２９】
このリリーフ弁１１は、二つの圧力ポート１１ａおよび１１ｂを備えており、一方の圧力ポート１１ａは負荷側管路７ｂから分岐した分岐管路７ｂ′と接続され、他方の圧力ポート１１ｂは非負荷側管路７ａから分岐した分岐管路７ａ′と接続されている。すなわち、このリリーフ弁１１の圧力ポートには負荷側管路７ｂと非負荷側管路７ａの両管路圧が導入されることになる。
【００３０】
ここで、負荷Ｗが作用しているときの圧力の釣り合いは、
Ｗ＝ＰH・ＳH−Ｐr・Ｓr                         ……(1)
となる。ただし、ＰH：ヘッド側圧，ＳH：ヘッド側面積，Ｐr：ロッド側圧，Ｓr：ロッド側面積とする。
【００３１】
式(1)より、ロッド側圧Ｐrは、
Ｐr＝ＰH（ＳH／Ｓr）−（１／Ｓr）Ｗ            ……(2)
より求められる。
【００３２】
ここで、ロッド側面積に対するヘッド側面積、すなわちＳH／Ｓr＝ｋとおくと、
Ｐr＝ｋＰH−（１／Ｓr）Ｗ                      ……(3)
が得られる。
【００３３】
一方、リリーフ圧は、リリーフ弁１１の受圧部とバネ圧（圧力換算値）とによって決まるためリリーフ圧Ｐkは、
ｍ・ＰH＋Ｐr＝Ｐk                              ……(4)
となる。ただし、ｍ：圧力ポートにおける分岐路（ヘッド側）１１ａと分岐路（ロッド側）１１ｂの面積比
(4)式に(3)式を代入してＰHを求めると、
ｍ・ＰH＋ｋＰH−（１／Ｓr）Ｗ＝Ｐk
ＰH＝（Ｐk／(ｍ＋ｋ)）＋（１／(Ｓr（ｍ＋ｋ）)）Ｗ   ……(5)
となり、ヘッド側圧ＰHは負荷Ｗの一次関数となる。
【００３４】
ここで、一般的な油圧シリンダを想定して仮にｋ＝２と置くと、
(5)式のＰHは、
ＰH＝（Ｐk／(ｍ＋２)）＋（１／(Ｓr（ｍ＋２）)）Ｗ   ……(6)
となる。
【００３５】
従来の油圧回路では負荷側管路圧を圧力ポート１１ａに導く分岐路７ｂが存在しないため、ｍ＝０とおくと、
ＰH＝Ｐk／２＋（１／(２Ｓr)）Ｗ                  ……(7)
となる。
【００３６】
これに対し、本実施形態においてｍ＝1（圧力ポートにおける分岐路（ヘッド側）１１ａと分岐路（ロッド側）１１ｂの面積が同一）とすると、
ＰH＝Ｐk／３＋（１／(３Ｓr)）Ｗ                  ……(8)
となる。
【００３７】
図２は、上記式(7)および(8)の関係をグラフにしたものである。
【００３８】
同図に示すように、負荷ＷがゼロからＷ1まで増加するとき、例えば、ガントリ１が垂直に近い状態で起立しているとき負荷Ｗはゼロに近いが、油圧シリンダ２を徐々に縮小させてガントリ１を伏せていくと、ガントリ１の自重が油圧シリンダ２に加わってくるため、負荷Ｗが増加する。
【００３９】
このように、負荷が増加するとき、本実施形態の油圧制御回路のヘッド側圧ＰH特性Ｌ２に従えば、従来のヘッド側圧ＰH特性Ｌ１におけるヘッド側圧増加量ΔＰHに比べ、ヘッド側圧増加量ΔＰH′を６６％（＝２／３）に抑制することができる。
【００４０】
それにより、絞り８（図１参照）を通過する圧油流量も少なくすることができ、結果として負荷の有無によって生じる油圧シリンダ２の速度差を小さくすることができる。
【００４１】
なお、負荷Ｗがゼロのときのヘッド側圧ＰHを従来のヘッド側圧ＰHと同等にしたければ、リリーフ圧Ｐk、具体的にはリリーフ弁１１のバネ圧をＰｋ／２÷Ｐｋ／３＝３／２倍にすればよい。この場合のヘッド側圧ＰH特性を図中、Ｌ３に示す。
【００４２】
負荷Ｗがゼロで油圧シリンダ２を縮小させる場合とは、例えば、ガントリ１を立てた後にロッド２ａが錆びることを防止する目的でそのガントリ１との連結を解除してロッド２ａをチューブ内に格納するような場合である。
【００４３】
このように負荷がない場合でも、リリーフ弁１１のバネ圧を調整することにより、負荷が作用しているときに近いシリンダ速度でシリンダを縮小させることが可能になる。
【００４４】
また、図３は、圧力ポートにおける分岐路（ヘッド側）１１ａと分岐路（ロッド側）１１ｂの面積比ｍ＝３とした場合（ｋ＝２の場合）である。
【００４５】
この場合のヘッド側ＰHは、
ＰH＝Ｐk／５＋（１／(５Ｓr)）Ｗ                  ……(9)
となり、ヘッド側圧ＰH特性Ｌ４の勾配を十分に緩やかにできる分、さらにヘッド側圧増加量ΔＰH′′を小さくすることができ、油圧シリンダ２の速度差を小さくすることができる。
【００４６】
また、Ｌ５はリリーフ圧（バネ圧）を特性Ｌ４から５／２倍に上げた場合のヘッド側圧ＰH特性を示したものである。この特性Ｌ５に従えば、無負荷時のシリンダ速度を確保しつつ負荷時には押し込み圧を小さくすることができる。
【００４７】
なお、上記実施形態では負荷がシリンダ縮小方向に作用する構成について説明したが、これに限らず、負荷がシリンダ伸長方向に作用する構成についても本発明を適用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項１の本発明によれば、無負荷側管路のリリーフ弁の圧力ポートに負荷側管路の圧力と無負荷側管路の圧力とを導入するように構成したため、例えば、負荷がシリンダ縮小方向に作用している状態でシリンダを縮小動作させると、リリーフ圧は両者の圧力の和によって設定されるため、シリンダの速度勾配が緩慢になり、一方、無負荷時には、負荷側管路に負荷圧が立たないため、リリーフ弁のリリーフ圧は非負荷側管路の圧力のみで設定されて非負荷側管路の管路圧が高くなり、絞り抵抗に打ち勝つ押し込み圧によってシリンダを縮小させることができるようになる。
【００４９】
それにより、負荷が加わっている場合と加わっていない場合とで生じるシリンダの速度差を小さくすることができる。
【００５０】
請求項２の本発明によれば、ガントリを立てた後にそのガントリとの連結を解除してシリンダを縮小させる場合に、負荷側管路に負荷圧が立たなくとも、負荷圧が作用しているときに近いシリンダ速度でシリンダを縮小させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリンダの速度制御装置の構成図である。
【図２】図１の油圧回路によって制御されるヘッド側圧特性を示すグラフである。
【図３】図１の油圧回路によって制御される別のヘッド側圧特性を示すグラフである。
【図４】従来のガントリ付きクローラクレーンの外観図である。
【図５】図４のガントリを起伏動作させる油圧回路図である。
【符号の説明】
１  ガントリ
２  油圧シリンダ
３  エンジン
４  油圧ポンプ
５  コントロールバルブ
６  リモコン弁
７  給排路
７ａ  非負荷側管路
７ｂ  負荷側管路
８  絞り
９  チェック弁
１０  スローリターン回路
１１  リリーフ弁
１１ａ  圧力ポート
１１ｂ  圧力ポート
【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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