JP2004011822A

JP2004011822A - カウンタバランス弁

Info

Publication number: JP2004011822A
Application number: JP2002168118A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Kitani; 木谷　友彦
Original assignee: Furukawa Co Ltd
Current assignee: Furukawa Co Ltd
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-10
Also published as: JP3928786B2

Abstract

【課題】油圧シリンダに働く負荷の大きさに応じて、縮小速度を変化することができるカウンタバランス弁を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、伸長側の供給ポート１１１、縮小側の供給ポート１１２、伸長側の給排ポート１１３、縮小側の給排ポート１１４、正流路１１１ａ側の逆止弁１１５、逆流路１１１ｂ側のメインスプール１１６を備えるカウンタバランス弁であって、逆流路側に可変絞り弁を付設し、可変絞り弁は、サブスプール１２１を有し、その両端側には、縮小側の供給ポートからのパイロット油路に接続された縮小側スプール室Ｘと伸長側の給排ポートからのパイロット油路に接続された伸長側スプール室Ｙとを設け、パイロット圧が生じたとき、縮小側スプール室Ｘと伸長側スプール室Ｙとで発生した推力差によって、サブスプール１２１を移動させると共に、可変絞り弁の絞り開度を変化させる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クレーンの伸縮、起伏用油圧シリンダに装備されるカウンタバランス弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、クレーンにおいては、ブームの起伏を操作するために、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータが使用されており、該油圧アクチュエータにカウンタバランス弁を介して作動油が供給されている。
従来のカウンタバランス弁Ａは、図５と図６に示すように、弁本体Ａ０内に、切換制御弁Ｂ側に接続される伸長側の供給ポートＡ１と縮小側の供給ポートＡ２と、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１と縮小側油室Ｃ_２に接続される伸長側の給排ポートＡ３と縮小側の給排ポートＡ４とが設けられ、伸長側の供給ポートＡ１と伸長側の給排ポートＡ３とを連通する正流路Ａ９内に逆止弁Ａ５が嵌装されており、伸長側の供給ポートＡ１と伸長側の給排ポートＡ３とを連通する逆流路内には、スプールＡ６が左右摺動可能に設けられると共に、スプールＡ６の先端側には、オリフィスＡ７が設けられており、さらに、スプールＡ６と逆止弁Ａ５との間には、固定絞りＡ８が備えられる構成とされている。
【０００３】
そして、油圧シリンダＣが伸長する場合では、油圧ポンプから作動油が切換制御弁Ｂを経由して伸長側の供給ポートＡ１に入り、逆止弁Ａ５が左方向へ押されて移動することにより、作動油が伸長側の給排ポートＡ３を経由して油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１に流入し、縮小側油室Ｃ_２内の油が、縮小側の給排ポートＡ４、縮小側の供給ポートＡ２、切換制御弁Ｂを順次通過してタンクＥへ流れると共に、油圧シリンダＣのロッドＣ_３が伸長する。
【０００４】
一方、油圧シリンダＣが縮小する場合では、油圧ポンプから作動油が切換制御弁Ｂを通過して縮小側の供給ポートＡ２に流入すると共に、オリフィスＡ７を通過してスプールＡ６を押して右方向へ移動することにより、戻り側流路Ａ１０が開かれる。同時に縮小側の給排ポートＡ４を経由して、作動油が油圧シリンダＣの縮小側油室Ｃ_２に流入する。同時に、伸長側油室Ｃ_１内の圧油が伸長側の給排ポートＡ３、固定絞りＡ８、戻り側流路Ａ１０、伸長側の供給ポートＡ１及び切換制御弁Ｂを順次経由してタンクＥへ流れると共に、油圧シリンダのロッドＣ_３が縮小する。この場合は、固定絞りＡ８の絞り開度によって、伸長側油室Ｃ_１からの圧油の流量が制限されるので、ロッドＣ_３の縮小速度が緩慢される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のカウンタバランス弁Ａでは、固定絞りＡ８の絞り開度は、予め固定設定されるため、縮小時の油圧シリンダＣのロッドＣ_３に作用する負荷の大小に関係なく、縮小速度は同一となる。
このため、重荷重の吊上げや吊り上げモーメントが大となる長尺ブームでの作業等の場合では、油圧シリンダに作用する負荷が大きくなっている状態にも拘らず、負荷が小さい時と同様の速い速度で油圧シリンダの縮小操作を行うことが可能となる。そして、オペレータが誤って急激に操作を行ってしまうと、油圧シリンダＣの縮小速度が速すぎ、荷振れを起こし、クレーンが不安定となり転倒に至る危険性があった。故にオペレータの意志により安全な速度で操作を行う必要があった。
【０００６】
また、油圧シリンダに作用する負荷が大きくなっている状態で誤って急激な操作をしてもクレーンが不安定とならない安全な縮小速度となるように、絞り開度を決定すると、油圧シリンダに作用する負荷が小さいときに縮小速度が遅くなりすぎ、操作にストレスを感じるようになり、作業効率も悪くなり圧油の温度も上昇しやすくなってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記カウンタバランス弁におけるかかる問題を解決するものであって、油圧シリンダに働く負荷の大きさに応じて、縮小速度を変化することができるカウンタバランス弁を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るカウンタバランス弁は、作動油の供給側に接続される伸長側の供給ポート、縮小側の供給ポートと、油圧シリンダの伸長側油室と縮小側油室とにそれぞれ接続される伸長側の給排ポート、縮小側の給排ポートとが設けられる弁本体内に、伸長側の供給ポートと伸長側の給排ポートとを連通する正流路内に逆止弁が設けられ、伸長側の供給ポートと伸長側の給排ポート間の逆流路内にメインスプールが設けられるカウンタバランス弁であって、縮小時に油圧シリンダに作用する負荷に応じて、前記油圧シリンダの伸長側油室より吐出する流量を減少させる可変絞り弁を逆流路に設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、可変絞り弁は、サブスプールを有し、サブスプールの両端側には、伸長側の給排ポートからのパイロット油路に接続された伸長側スプール室と、縮小側の供給ポートからのパイロット油路に接続された縮小側スプール室を設け、パイロット圧が生じたとき、可変絞り弁の縮小側スプール室と伸長側スプール室とで発生した推力差によって、サブスプールを移動させると共に、可変絞り弁の絞り開度を変化させることを特徴としている。
【００１０】
また、可変絞り弁の縮小側スプール室と伸長側スプール室の受圧面積比率は、油圧シリンダの伸長側油室と縮小側油室の受圧面積比率と同一としたことを特徴としている。
さらに、可変絞り弁には、サブスプールの作動圧力の初期値を調整する調整手段を設けたことを特徴としている。
【００１１】
本発明のカウンタバランス弁は、縮小時に油圧シリンダに作用する負荷が大きくなるにつれ、前記油圧シリンダの伸長側油室より吐出する流量を減少させる可変絞り弁を設けることにより、油圧シリンダの縮小速度を変化させることができる。従って、油圧シリンダに作用する負荷が大きい場合は、ゆっくりとした安全な縮小速度でブーム伏せ操作を行うことができ、油圧シリンダに作用する負荷が小さい場合は、速い縮小速度で効率よくブーム伏せ操作を行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態であるカウンタバランス弁の右側側面図、図２は、図１のカウンタバランス弁のＩ―Ｉ線断面図、図３は、図１のＩＩ―ＩＩ線断面図、図４は、カウンタバランスを設けた、クレーンのブーム起伏用油圧シリンダの油圧回路図である。
【００１３】
図４に示すように、油圧ポンプＤからの吐出路には切換制御弁Ｂが接続され、該切換制御弁Ｂの一対の二次側ポートには、カウンタバランス弁１が接続されていると共に、該切換制御弁Ｂの一対の一次側ポートには、それぞれ前記油圧ポンプＤからの油路とタンクＥへの戻り油路とが接続されている。
そして、切換制御弁Ｂは、操作レバーを切換操作することにより、油圧アクチュエータとしてのブーム起伏用油圧シリンダＣの伸縮操作を行う。すなわち、切換制御弁Ｂは、手動操作で２位置選択可能、かつ中立位置にバネで復帰するように構成した４ポート３位置の切換制御弁であって、中立位置にあるときは、油圧ポンプＤからの圧油はタンクＥに戻るように油路が設定されている。
【００１４】
図２に示すように、カウンタバランス弁１の弁本体１１には、作動油の供給側（切換制御弁Ｂ側）に接続される伸長側の供給ポート１１１、縮小側の供給ポート１１２と、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１と縮小側油室Ｃ_２にそれぞれ接続される伸長側の給排ポート１１３、縮小側の給排ポート１１４とが設けられている。また、弁本体１１内には、伸長側の供給ポート１１１と伸長側の給排ポート１１３とを連通する正流路１１１ａ内に逆止弁１１５が嵌装されており、伸長側の供給ポート１１１と伸長側の給排ポート１１３間の逆流路１１１ｂ内にメインスプール１１６が軸方向へ摺動可能に嵌挿されている。
【００１５】
逆止弁１１５は、伸長側の供給ポート１１１から、伸長側の給排ポート１１３への流れを許容すると共に、伸長側の給排ポート１１３からの流入油を遮断するようになっている。縮小側の給排ポート１１２からの流入路は分岐して、一方は縮小側の給排ポート１１４に流出し、もう一方はメインスプール１１６を切換える、内部パイロット油路１１２ａに連通している。内部パイロット油路１１２ａには、固定絞り１１７が設けられている。
【００１６】
さらに図３に示すように、カウンタバランス弁１の可変絞り弁としては、弁本体内にメインスプール１１６に平行して嵌挿されたサブスプール１２１と、サブスプール１２１の両端側にお互いに隔離して配置される縮小側スプール室Ｘと伸長側スプール室Ｙによって、主要部が構成される。縮小側スプール室Ｘは、固定絞りＷを介して、縮小側の供給ポート１１２からのパイロット油路（以下、縮小側分岐流路Ｇ−Ｇ’という）と接続され、伸長側スプール室Ｙは、固定絞りＴと内部パイロット油路Ｚを介して、伸長側の給排ポート１１３からのパイロット油路（以下、伸長側分岐流路Ｈ−Ｈ’という）と接続されている。さらに伸長側スプール室Ｙ側のサブスプール１２１側面には、切欠きα、βが設けられており、可変絞りＳ_１、Ｓ_２が形成されている。可変絞りＳ_１、Ｓ_２は、サブスプール１２１が左側へ移動すると共に、圧油の流量を絞るようになっている。また、切欠きβは、サブスプール１２１の左側への動きのストッパーの役割を果たす。さらに、可変絞りＳ_１、Ｓ_２を通過する圧油は、戻り側分岐流路Ｉ−Ｉ’を介して、逆流路１１１ｂ内に流入する。
【００１７】
一方、サブスプール１２１の左端にスプリング１２２が付勢されると共に、スプリング１２２は、内側にメスネジを設けた箱体１２３ａと外側にオスネジを設けた箱体１２３ｂを螺合して形成されたスプリングハウジング１２３内に取り付けられている。箱体１２３ｂの締め込みの状況に応じて、スプリング１２２の圧縮量が変化するので、所定のスプリング力を得ることができる。従って、サブスプール１２１の作動圧力の初期値を変化することができる。
【００１８】
上記のような構成によれば、ブーム起伏用油圧シリンダＣの縮小作動時に負荷の大小で、サブスプール１２１の両側に設けられた縮小側スプール室Ｘと、伸長側スプール室Ｙの圧力差にも大小を生じさせる。この圧力差は、サブスプール１２１を右方向に付勢しているスプリング１２２に作用することで、サブスプール１２１を左方向に移動させる推力となる。この推力は、可変絞りＳ_１、Ｓ_２の絞り開度を決定する。即ち、ブーム起伏用油圧シリンダＣにかかる負荷が大きくなるにつれ、サブスプール１２１が左方向に大きく移動し、可変絞りＳ_１とＳ_２が絞られることによって縮小速度が緩慢される。最終的には、サブスプール１２１の切欠きβによって、内部パイロット油路Ｚからの圧油流出が阻止される。
【００１９】
また、本実施形態では、縮小側スプール室Ｘの受圧面積ｘと、伸長側スプール室Ｙの受圧面積ｙとの面積比率は、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１の受圧面積ｃ_１と縮小側油室Ｃ_２の受圧面積ｃ_２の面積と同一比率ｘ／ｙ＝ｃ_２／ｃ_１にする。油圧シリンダＣの縮小時に、油圧シリンダＣの縮小側油室Ｃ_２に流入する圧油の圧力と、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１から排出される圧油の圧力は、シリンダＣの受圧面積ｃ_２が受圧面積ｃ_１より油圧シリンダＣのロッドＣ_３面積分だけ受圧面積ｃ_２が小さいため、受圧面積の比に比例して伸長側油室Ｃ_１から排出される圧油の圧力が低い。
【００２０】
従って、サブスプール１２１を摺動させる縮小側スプール室Ｘの受圧面積ｘと、伸長側スプール室Ｙの受圧面積ｙの比率は、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１の受圧面積ｃ_１と縮小側油室Ｃ_２の受圧面積ｃ_２の面積比と同じ比率にすると、油圧シリンダＣへの荷重がゼロの場合、伸長側油室Ｃ_１、縮小側油室Ｃ_２に圧力が発生していても、サブスプール１２１に発生する推力はゼロになる。
【００２１】
次に、本発明のカウンタバランス弁の作動手順について説明する。
先ず、油圧シリンダが伸長する場合では、ポンプＤからの油が切換制御弁Ｂを通過、カウンタバランス弁１の伸長側の供給ポート１１１に入る。次に逆止弁１１５を押して伸長側の給排ポート１１３より流出、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１に入る。さらに油圧シリンダＣの縮小側油室Ｃ_２より油が流出されるとともに、縮小側の給排ポート１１４、供給ポート１１２、切換制御弁Ｂ、タンクＥの順に油が流れ、油圧シリンダＣが伸長する。
【００２２】
一方、油圧シリンダ縮小の場合では、ポンプＤからの油が切換制御弁Ｂを通過、カウンタバランス弁１の縮小側の供給ポート１１２に入る。次に圧油は固定絞り１１７を通過し、メインスプール１１６を押し、逆流路１１１ｂを開き、同時に縮小側の給排ポート１１４より流出、油圧シリンダＣの縮小側油室Ｃ_２に入る。同時に、縮小側分岐流路Ｇ―Ｇ’を通過し、固定絞りＷを介して、サブスプール１２１の縮小側スプール室Ｘに入る。この際に、油圧シリンダＣの伸長側油室Ｃ_１の圧油は伸長側の給排ポート１１３から伸長側分岐流路Ｈ―Ｈ’より分岐され、固定絞りＴを通過し、サブスプール１２１の伸長側スプール室Ｙに入る。
【００２３】
ここで、伸長側スプールＹに入った伸長側油室Ｃ_１の圧力により発生する推力と、縮小側スプール室Ｘに入った縮小側油室Ｃ_２の圧力により発生する推力が、サブスプール１２１を相反する方向に押し合い、伸長側スプールＹの推力が縮小側スプール室Ｘの推力を上回った分だけサブスプール１２１がスプリング１２２を押して移動し、絞りＳ_１、Ｓ_２の絞り開度が決定される。そして、決定されたサブスプール１２１の絞りＳ_１、Ｓ_２を通過し、戻り側分岐流路Ｉ−Ｉ’、メインスプール１１６、伸長側の供給ポート１１１、切換制御弁Ｂ、タンクＥの順に油が流れ、油圧シリンダＣのロッドＣ_３が縮小する。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のカウンタバランス弁は、油圧シリンダの縮小時に可変絞り弁の絞り開度が変化することにより、縮小速度を変化させることができる。従って、油圧シリンダの縮小時に作用する負荷が大きくなっている状態で急激な操作をした場合でもクレーンが不安定とならない安全な作動速度で縮小作動を行うことができる。また、油圧シリンダの縮小時に作用する負荷が小さい場合に作動速度が遅くなり過ぎず、操作にストレスを感じることがないため、作業効率も良く、しかも圧油の温度も上昇し難い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるカウンタバランス弁の右側面図である。
【図２】図１のＩ―Ｉ線断面図である。
【図３】図１のＩＩ―ＩＩ線断面図である。
【図４】本発明のカウンタバランスを設けた、クレーンのブーム起伏用油圧シリンダの油圧回路図である。
【図５】従来のカウンタバランス弁の断面図である。
【図６】従来のカウンタバランス弁を設けた、クレーンのブーム起伏用油圧シリンダの油圧回路図である。
【符号の説明】
１　　　　カウンタバランス弁
１１　　　弁本体
１１１　　伸長側の供給ポート
１１２　　縮小側の供給ポート
１１３　　伸長側の給排ポート
１１４　　縮小側の給排ポート
１１５　　逆止弁
１１６　　メインスプール
１１７　　固定絞り
１１１ａ　正流路
１１１ｂ　逆流路
１２１　　サブスプール
１２２　　スプリング
１２３　　スプリングハウジング
１２３ａ　箱体
１２３ｂ　箱体
Ｘ　　　　縮小側スプール室
Ｙ　　　　伸長側スプール室
Ｗ　　　　固定絞り
Ｔ　　　　固定絞り
Ｓ_１可変絞り
Ｓ_２可変絞り
Ｇ―Ｇ’　縮小側分岐流路
Ｈ―Ｈ’　伸長側分岐流路
Ｉ―Ｉ’　戻り側分岐流路

Claims

作動油の供給側に接続される伸長側の供給ポート、縮小側の供給ポートと、油圧シリンダの伸長側油室と縮小側油室とにそれぞれ接続される伸長側の給排ポート、縮小側の給排ポートとが設けられる弁本体内に、伸長側の供給ポートと伸長側の給排ポートとを連通する正流路内に逆止弁が設けられ、伸長側の供給ポートと伸長側の給排ポート間の逆流路内にメインスプールが設けられるカウンタバランス弁であって、
縮小時に油圧シリンダに作用する負荷に応じて、前記油圧シリンダの伸長側油室より吐出する流量を減少させる可変絞り弁を逆流路に設けたことを特徴とするカウンタバランス弁。
可変絞り弁は、サブスプールを有し、サブスプールの両端側には、伸長側の給排ポートからのパイロット油路に接続された伸長側スプール室と、縮小側の供給ポートからのパイロット油路に接続された縮小側スプール室を設け、パイロット圧が生じたとき、可変絞り弁の縮小側スプール室と伸長側スプール室とで発生した推力差によって、サブスプールを移動させると共に、可変絞り弁の絞り開度を変化させることを特徴とする請求項１に記載のカウンタバランス弁。
可変絞り弁の縮小側スプール室と伸長側スプール室の受圧面積比率を、油圧シリンダの伸長側油室と縮小側油室の受圧面積比率と同一としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のカウンタバランス弁。
可変絞り弁には、サブスプールの作動圧力の初期値を調整する調整手段を設けたことを特徴とする、請求項１、請求項２、又は請求項３に記載のカウンタバランス弁。