JPH0319401B2 - - Google Patents

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JPH0319401B2
JPH0319401B2 JP56154179A JP15417981A JPH0319401B2 JP H0319401 B2 JPH0319401 B2 JP H0319401B2 JP 56154179 A JP56154179 A JP 56154179A JP 15417981 A JP15417981 A JP 15417981A JP H0319401 B2 JPH0319401 B2 JP H0319401B2
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port
passage
spool
valve
land
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Masaaki Suhara
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Daikin Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明はたとえば射出成形機の型の開閉装置
に用いれば好適なもので、慣性の大きな負荷を駆
動するアクチユエータを、いわゆるシヤクリなく
スムーズに速度制御しながら駆動できる流体制御
装置に関する。
(従来の技術) 一般にアクチユエータの入口側管路で流量を絞
つて作動速度を調節するメータイン方式の流体制
御装置では、アクチユエータにシヤクリが発生す
ることが知られている。
たとえば射出成形機の成形型のような慣性の大
きな負荷を駆動するアクチユエータを高速から低
速へ減速制御した場合、アクチユエータは成形型
の慣性によりオーバラン(初期の速度で走行する
…自走)する。このときアクチユエータの入口側
管路の圧力がアクチユエータの駆動圧力以下に急
激に低下し、アクチユエータが停止すると再び入
口側管路の圧力が上昇しアクチユエータを駆動す
る。このような作動を繰返す結果、アクチユエー
タにはシヤクリが発生する。
このシヤクリが発生すると装置自体が損傷する
と共に、その商品価値が損なわれるので、この解
決策として射出成形機では第8図の如き装置が提
案されている(油空圧設計、第15巻、第10号、第
39頁)。この装置は、2台のポンプ155,15
6を用いたコンビネーシヨン回路であつて、方向
切換弁151のタンクライン153に固定絞り1
54と、切換弁158によつて開閉されるパイロ
ツトチエツク弁159とを並列に接続し、アクチ
ユエータの高速時にはパイロツトチエツク弁15
9を開放してタンクライン153に背圧を発生さ
せないようにしている。そして高速から低速へ減
速制御したとき、パイロツトチエツク弁159を
閉鎖することにより、アクチユエータの戻りライ
ンに固定絞り154による背圧が加えられるの
で、アクチユエータ152のオーバランは防止さ
れ、シヤクリのない減速制御が可能である。
(発明が解決しようとする問題点) ところが、この装置では、固定絞り154を初
めパイロツトチエツク弁159及びこのチエツク
弁を開閉する切換弁158など種々の機器を用す
るため回路が複雑になると共に、減速の操作が煩
雑になる。また、ポンプラインの圧力は常時リリ
ーフ弁157の設定圧力になり、この圧力でもつ
て余剰流をタンクに開放するので、動力損失が大
きい欠点がある。
この発明の目的は、上記欠点を除去することに
あつて、可変ポンプを用い、その振動や騒音を抑
制しながら、エネルギー損失の低減を計ると共
に、簡単な回路構成でもつて、慣性負荷を有する
アクチユエータの作動をシヤクリなくスムースに
駆動できるようにした流体制御装置を提供するこ
とにある。
(問題を解決するための手段) このため、本発明の流体制御装置は、第1ラン
ド21と第2ランド20とを備えてなるスプール
23を有し、該スプール23を軸方向に変位させ
ることにより、上記両ランド21,20の端面を
もつて、第1負荷ポートA、ポンプポートP間を
連絡する第1通路70と第2負荷ポートB、タン
クポートT間を連絡する第2通路30aとをそれ
ぞれ開閉すると共に、開放後は、上記スプール2
3の変位量に対応した値に上記両通路70,30
aの開度を調節可能としたパイロツト弁式4ポー
ト絞り切換弁1と、上記第1通路70前後の差圧
に応動して、可変ポンプ6の吐出量制御部115
を、ポンプライン53とタンク113とに切換連
通して上記可変ポンプ6の吐出量を制御するロー
ドセンシング弁101とを有し、 上記4ポート絞り切換弁1におけるスプール2
3の第2ランド20は、該第2ランド20の通路
開閉側の端面と該第2ランド20の外周面とを連
絡し、かつ該外周面への開口方向を半径方向とし
た絞り通路31,32を有してなり、上記スプー
ル23の変位により第1通路70の開度を小さく
して低流量とする場合に、 上記第2ランド20の端面により第2負荷ポー
トB、タンクポートT間の第2通路30aを閉塞
し、上記絞り通路31,32のみにより、上記第
2負荷ポートBタンクポートT間を連絡して、背
圧を作用させるごとく構成した。
(作用) パイロツト弁によつて絞り切換弁1のスプール
23を変位させることにより、第1負荷ポート
A、ポンプポートP間を連絡する第1通路70と
第2負荷ポートB、タンクポートT間を連絡する
第2通路30aとをそれぞれ開放し、かつこれら
両通路70,30aの開度を調節する。
このとき第1通路70の前後は、ロードセンシ
ング弁101によつて一定差圧に圧力補償され、
該ロードセンシング弁101は可変ポンプ6の吐
出量を、第1通路70の開度に対応した値に規制
する。よつてアクチユエータには第1通路70の
開度に比例した流量が供給される。一方第2負荷
ポートB、タンクポートT間の第2通路30a及
び絞り通路31,32は開放されており、かつ絞
り通路31,32より第2通路30aの開度が大
きくなつているので、大部分の流体は第2通路3
0aを通り、絞り通路31,32の通過流量は少
量であるから、アクチユエータから開放される排
出流量は、僅かな絞り抵抗(無視できる程度)を
受けるだけでタンクに開放される。そしてスプー
ル23によつて第1通路70の開度を小さくする
と共に、第2通路30aを閉鎖したとする。この
ときアクチユエータは負荷の慣性によつてオーバ
ラン(自走)しようとする。しかしアクチユエー
タからの排出流量は絞り通路31,32による絞
り抵抗を受けるので、アクチユエータの戻りライ
ンは背圧が発生し、この背圧でもつてアクチユエ
ータに制動力が加わる結果、アクチユエータのオ
ーバランが防止され、シヤクリのない安定したこ
の減速時に第1通路70後位の圧力は、圧力降下
することがなく。制動力に相当する圧力分だけ上
昇し、その上昇度合も第2通路から絞り通路への
開度調整によつて緩和される。したがつてロード
センシング弁101は、安定した状態で第1通路
70前位の圧力を、制動力に対応する圧力分高く
なるように可変ポンプ6を制御し、減速後は第1
通路70の開度に比例した流量でもつてアクチユ
エータを駆動する。
(実施例) 以下、この発明を図示の実施例について詳細に
説明する。
第1図において、1は主弁2とパイロツト弁3
とからなる電磁比例形絞り切換弁、4は慣性の大
きな負荷5を駆動する油圧シリンダ、6は可変ポ
ンプ、7は可変ポンプ6の吐出量を制御する動力
マツチング回路である。
上記主弁2は、クローズドセンタ形3位置切換
弁で、本体10内にシリンダ室11を形成し、該
シリンダ室11に左方により順次環状溝12,1
3,14,15,16を設けている。上記環状溝
12はタンクポートTに、環状溝13は負荷ポー
トBに、環状溝14はポンプポートPに、環状溝
15は負荷ポートAに、環状溝16はタンクポー
トTに夫々連通させている。そして上記シリンダ
室11の環状溝13と14との間の内壁11bに
は、フイードバツク通路17の開口18bを、ま
た上記環状溝14と15との間の内壁11aに
は、フイードバツク通路17の開口18aを設け
ている。
上記シリンダ室11には、3ランド20,2
1,22を有するスプール23を摺動自在に嵌め
込み、該スプール23の各位置に応じてポンプポ
ートPを負荷ポートAまたはBに、タンクポート
Tを負荷ポートBまたはAに連通させるようにし
ている。
そしてスプール23の変位によつて、ポンプポ
ートP、第1負荷ポートA間を連絡する第1通路
70の開度及び第2負荷ポートB、タンクポート
T間を連絡する第2通路30aの開度を調節す
る。一方、スプール23におけるランド20に
は、該ランド20の右端面40に開口する軸方向
の環状溝31と該ランド20の外周面に開口する
半径方向の貫通孔32とが設けられ、この貫通孔
32と環状溝31とを連絡して絞り通路を形成す
る。この絞り通路31,32はランド20の端面
により負荷ポートB、タンクポートT間を連絡す
る第2通路30aを閉塞した場合に、負荷ポート
B、タンクポートT間を連絡する。
また上記スプール23な両端には、夫々パイロ
ツト室25,26を形成し、該パイロツト室2
5,26に夫々バイアス用コイルスプリング2
7,28を嵌め込んでいる。
一方、上記パイロツト弁3は、周知の切換機能
を有す電磁減圧弁で、ソレノイド41a,41b
と、1次ポートmと、2次ポートnA,nBとを備
え、2次ポートnAまたはnBの流体圧力をソレノ
イド41aまたは41bに通電される電流値に比
例した圧力に減圧制御する一方、減圧制御されな
い側の2次ポートnBまたはnAをタンク44に連通
させるようになつている。
上記パイロツト弁3の1次ポートmは、ライン
43、環状溝14を介して主弁2のポンプポート
Pに接続する一方、2次ポートnBはライン45を
介して主弁2のパイロツト室25に、また2次ポ
ートnAはライン46を介してパイロツト室26に
接続している。
したがつて、主弁2のパイロツト室26または
25には、パイロツト弁3のソレノイド41aま
たは41bに電流を通電すれば、その2次ポート
nAまたはnBの圧力が伝えられて、上記スプール2
3は、その一方の端面に伝えられる圧力とその他
方のコイルスプリング27または28のバネ力が
バランスする位置まで変位して、第1通路70及
び第2通路30aの開度を上記電流値に比例して
定めるようになつている。
一方、上記主弁2の負荷ポートAはライン51
を介して油圧シリンダ4のロツド側ポートRに接
続すると共に、負荷ポートBはライン52を介し
て油圧シリンダ4のヘツド側ポートHに接続して
いる。主弁2のポンプポートPは、ポンプライン
53を介して可変ポンプ6の吐出口に接続してい
る。主弁2のタンクポートT,Tは夫々タンク5
6,56に接続している。
一方、動力マツチング回路7は、ロードセンシ
ング弁の一例としての3ポートパイロツト弁10
1とパイロツトリリーフ弁102とを備える。
上記ロードセンシング弁101はシンボル位置
V1でポートlとnとを連通させ、ポートmを閉
鎖する一方、シンボル位置V2でポートmとポー
トnを連通させ、ポートlを閉鎖するようになつ
ており、さらにそのバネ室104のバネ105の
バネ力はたとえば差圧6Kg/cm2に相当するように
設定して、パイロツト室106とバネ室104と
の差圧が6Kg/cm2以上の場合にシンボル位置V1
に位置させ、上記差圧が6Kg/cm2以下の場合にシ
ンボル位置V2に位置させるようになつている。
上記ロードセンシング弁101のポートlに
は、パイロツトライン111を介してポンプライ
ン53を接続すると共に、そのポートmにパイロ
ツトライン112を介してタンク113を接続す
る。上記ロードセンシング弁101のポートnに
はパイロツトライン114を介して可変ポンプ6
のたとえばバネにより常時最大吐出側に付勢され
る斜板制御シリンダからなる吐出量制御部115
を接続する。さらに上記ロードセンシング弁10
1のパイロツト室106にパイロツトライン11
6を介してポンプライン53を接続する一方、そ
のバネ室104に、絞り118を有するパイロツ
トライン119を介して主弁2のフイールドバツ
ク通路17に接続している。ロードセンシング弁
101のバネ室104と絞り118との間には、
中間パイロツトリリーフ弁102を設けたパイロ
ツトライン120を介してタンク121を接続し
ている。
したがつて、ロードセンシング弁101のパイ
ロツト室106とバネ室104とには、主弁2の
第1通路70前後の圧力が夫々伝えられるように
なつている。いま、上記第1通路70の前後の差
圧がロードセンシング弁101のバネ室104の
バネ105のバネ圧つまり一定圧力(6Kg/cm2
未満であるとすると、ロードセンシング弁101
はシンボル位置V2に位置して、可変ポンプ6の
吐出量制御部115をパイロツトライン114、
ロードセンシング弁101のポートn,mおよび
パイロツトライン112を介してタンク113に
連通させ、可変ポンプ6の図示しない斜板を最大
吐出側に傾斜させて、吐出量を増大させ、上記第
1通路70の前後の差圧を増大させる。
一方、上記第1通路70の前位の圧力が上昇し
て、その前後の差圧が上記一定圧力以下になる
と、ロードセンシング弁101のパイロツト室1
06とバネ室104との圧力差が、そのバネ室1
04のバネ105のバネ力以上になつてロードセ
ンシング弁101はシンボル位置V1方向に位置
する。そして、可変ポンプ6の吐出量制御部11
5をパイロツトライン114、ロードセンシング
弁101のポートn,l、パイロツトライン11
1を介してポンプライン53に連通して、可変ポ
ンプ6の斜板を吐出量減少方向に傾斜さて、吐出
量を減少させ、第1通路70の前後の差圧を減少
する。要約すると、ロードセンシング弁101は
第1通路70の前後の差圧に応じて、シンボル位
置V1に位置したり、シンボル位置V2に位置した
りして、可変ポンプ6の吐出量を制御して、第1
通路70の前後の差圧を一定に制御する。つま
り、無駄な流体を吐出しないように、可変ポンプ
6の吐出量をロードセンシング弁101で第1通
路70の前後の差圧が一定になるように制御して
いるのである。したがつて、この流体制御装置は
省エネルギー的なものである。なお、上記動作に
おいて、パイロツトリリーフ弁102は閉鎖した
ままであるとしている。
一方、パイロツトリリーフ弁102が動作し
て、ロードセンシング弁101のバネ室104の
圧力をパイロツトリリーフ弁の設定圧力に制御し
ているとすると、ロードセンシング弁101は絞
り118の作用により、第1通路70の前後の差
圧に関係なく、ポンプライン53の圧力をパイロ
ツトリリーフ弁102の設定圧力よりもバネ室1
04のバネ105のバネ圧だけ高くするようにシ
ンボル位置V1やV2に位置して、可変ポンプ6の
吐出量を制御して、圧力制御を行なう。
上記構成の流体制御装置は、次のように動作す
る。
今、上記電磁比例形絞り切換弁1は、ソレノイ
ド41aに所定量の電流が通電され、第1図に示
す状態にあつて、油圧シリンダ4は負荷5を図中
左方に移動させているとする。
このとき、上記絞り切換弁の主弁のスプール2
3には、ポンプポートPから負荷ポートAへの供
給側通路を流れる流体により軸推力W1と、負荷
ポートBからタンクポートTへの戻り側流体通路
を流れる流体による軸推力W2とが与えられる。
この軸推力W1,W2は、運動量保存の法則によ
り、下記の如くなる。すなわち、 軸推力W1=ρQ1V1cosψ1 ………(1) 軸推力W2=ρQ2V1cosψ2 ………(2)。
ここで、ρ:液体の密度、Q1:供給側の流量、
Q2:戻り側の流量、V1:第1通路70な流体の
速度、V2:貫通孔32を流れる流体の速度、
ψ1:第1通路70を流れる流体の速度ベクトル
とスプール23の軸心との偏角、ψ2:貫通孔3
2を流れる流体の速度ベクトルとスプールの軸心
との偏角である。
一方、上記偏角ψ2は、貫通孔32がスプール
23の軸心に対して直交方向となつているので、
略90°となる。したがつて、軸推力W2=ρQ2
V2cosψ2≒0となつて、スプール23は安定して
静止し、油圧シリンダ4にシヤクリを生じさせな
い。換言すると、たとえばこの貫通孔32を設け
ない場合に生じるところのシヤクリ現象、すなわ
ち大きな慣性を有する負荷5のオーバランによ
り、油圧シリンダ4のヘツド側ポートHからの戻
り側流体が急激に増大して、供給側流体による軸
推力W1に加算される戻り側流体による零でない
軸推力W2により、スプール23は全ポートを閉
鎖する方向に移動して、負荷5を急停止させる一
方、該負荷が急停止すると流量が零となつて軸推
力W1,W2が零となるので、再び各ポートが開放
して負荷5が再びオーバランするということの繰
り返しと、ロードセンシング弁101、可変ポン
プ6および絞り切換弁1との共振により生じるシ
ヤクリ現象は、この貫通孔32により発生するこ
とはない。
また、上記主弁2の環状溝15の中心と第1通路
70との距離をL1、環状溝13の中心と貫通孔
32との距離L2とすれば、上記貫通孔32がス
プール23のランド20の図中右端面40より必
然的に左側に寄つて距離L2が大きくなるために、
周知の非定常時にスプール23を不安定にさせる
要素ρL1×dQ1/dtに対する非定常時にスプール
23を安定にさせる要素ρL2×dQ1/dtは、従来
に比して大きくなり、これによつても、主弁2の
スプール23を安定作動させる。
次に、第1図に示す状態にある絞り切換弁1に
おいて、ソレノイド41aに通電する電流値をさ
らに増大させて、スプール23を左方に変位さ
せ、そして第1通路70の開度を大きくすると共
に、スプール23のランド20の右端面40をシ
リンダ室11の内壁11cから離して、環状溝1
2内に位置させ第2通路30aを開放して油圧シ
リンダ4を増速させる。そうすると、第1図に示
すようにスプール23の中立位置からの変位が小
さいときには、戻り側流体は貫通孔32のみを通
つていたのに対して、上記のようにスプール23
の変位が大きくなると、戻り側流体の一部は貫通
孔32を通り、他の一部はランド20の右端面4
0とシリンダ室11の内壁11cとの間の第2通
路30aを通るようになる。
したがつて、主弁2のスプールの中立位置から
の変位に対する、この実施例のポンプ55のポン
プ圧力は、第2図中曲線イで示す如く、スプール
23の変位の小さいときには、油圧シリンダ4を
駆動するために必要とする曲線ロで示す正味圧力
よりも、戻り側流体が貫通孔32を通るときに生
じる中速時に大きくなる抵抗分だけ、すなわち第
2図中斜線で示すように中速時に大きくなる背圧
分だけ大きくなり、またスプール23の中立位置
からの変位が大きいときには、戻り側流体通路の
開度が大きくなつているので、上記正味圧力ロと
略等しくなる。
このスプール23の変位の小さいときすなわち
油圧シリンダ4の中低速時の背圧は、上記貫通孔
32が戻り側流体による軸推力を生じさせないこ
とと相まつて、油圧シリンダ4のシヤクリ現象を
防止する。この背圧は、一般にシヤクリ現象が生
じやすい中低速時に大きいので、シヤクリの発生
を防止する上で好ましく、しかも油圧シリンダ4
の高速時において小さいので、省エネルギ上の観
点からも好ましい。
なお、第2図中の曲線ハは、戻り側流体を絞り
切換弁を通さずに固定絞りを設けたラインにより
直接タンクに帰す従来の流体装置のポンプ圧力を
示す。この場合は、絞りは上記実施例の如く可変
絞りとして作用しないので、油圧シリンダの高速
時にポンプ圧力は極端に増大し、省エネルギ上の
観点から好ましくないことが分る。
上記実施例では、負荷ポートBからタンクポー
トTに通じる戻り側通路に絞り通路31,32を
設けたが、必要ならばさらに負荷ポートAからタ
ンクポートTに到る戻り側通路に絞り通路31,
32を設けてもよいのは勿論である。
第3図、第2ランド20の端面40から軸方向
に延びる切り欠き85をランド20の外周に等間
隔に設けて可変絞り特性を良好にしたのである。
また、第4,5,6,7図は夫々動力マツチン
グ回路の変形例を示す。
第4図に示す動力マツチング回路は第1図に示
す動力マツチング回路7に、フイードイン絞り1
31を有するフイードインライン130を設けて
ロードセンシング弁101の応答性を早くしたも
のである。第5図に示す動力マツチング回路はロ
ードセンシング弁101と、可変ポンプの吐出量
を制御してポンプラインの最高圧力を規制する圧
力制御弁150とで構成したものである。第6図
に示す回路は第5図に示す回路にフイードイン絞
り131を有するフイードインライン130を設
けたものである。第7図に示す回路は第6図に示
す圧力制御弁150のバネ室に絞り161を介し
てポンプラインの流体を導びくと共に、パイロツ
トリリーフ弁160を接続して、回路の最高圧力
を可変設定できるようにしたものである。
上記実施例では、クローズドセンタ形の絞り切
換弁について説明したが、この発明は、オープン
センタ形やA,B,T接続形等の絞り切換弁は勿
論のこと2位置形絞り切換弁にも適用できること
はいうまでもない。
(効果) 以上の説明で明らかな如く、この発明によれ
ば、スプール23の操作のみによつて、第2負荷
ポートBとタンクポートT間の第2通路30a、
絞り通路31,32を選択して、アクチユエータ
の戻りラインに背圧を加えたり、加えなかつたり
するから、従来に比べて回路構成及び操作が簡単
である。また、アクチユエータを減速させると
き、半径方向の絞り通路32で戻りラインに背圧
を発生させるから、スプールに軸推力を発生させ
まいことと相まつてアクチユエータの慣性による
オーバラインが防止され、シヤクリのない安定し
た減速が得られる。
しかも、スプールによつて第2通路30aの開
度が調整できるので、減速するときの切換シヨツ
クが緩和される。
さらに、上記絞り通路の機能に伴つ可変ポンプ
及びロードセンシング弁の動作が安定し、似つて
可変ポンプの振動や騒音が抑制されると共に、可
変ポンプはロードセンシング弁によつて第1通路
の開度に対応した流量のみを吐出し、余分な流量
を吐出しないので、動力損失がなく、省エネルギ
ー効果に優れる利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係る流体制御装
置の一部を断面で表わした回路図、第2図は主弁
のスプールの変位とポンプ圧力の関係を示すグラ
フ、第3図は、この発明の変形例を示す断面図、
第4,5,6,7図は夫々動力マツチング回路の
変形例の回路図、第8図は従来の流量制御装置を
示す図である。 1……絞り切換弁、2……主弁、3……パイロ
ツト弁、4……アクチユエータ、5……負荷、6
……可変ポンプ、23……スプール、30a,3
0b……第2通路、31,32……絞り通路、7
0……第1通路、101……ロードセンシング
弁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1ランド21と第2ランド20とを備えて
    なるスプール23を有し、該スプール23を軸方
    向に変位させることにより、上記両ランド21,
    20の端面をもつて、第1負荷ポートA、ポンプ
    ポートP間を連絡する第1通路70と第2負荷ポ
    ートB、タンクポートT間を連絡する第2通路3
    0aとをそれぞれ開閉すると共に、開放後は、上
    記スプール23の変位量に対応した値に上記両通
    路70,30aの開度を調節可能としたパイロツ
    ト弁式4ポート絞り切換弁1と、上記第1通路7
    0前後の差圧に応動して、可変ポンプ6の吐出量
    制御部115を、ポンプライン53とタンク11
    3とに切換連通して上記可変ポンプ6の吐出量を
    制御するロードセンシング弁101とを有し、 上記4ポート絞り切換弁1におけるスプール2
    3の第2ランド20は、該第2ランド20の通路
    開閉側の端面と該第2ランド20の外周面とを連
    絡し、かつ該外周面への開口方向を半径方向とし
    た絞り通路31,32を有してなり、上記スプー
    ル23の変位により第1通路70の開度を小さく
    して低流量とする場合に、 上記第2ランド20の端面により第2負荷ポー
    トB、タンクポートT間の第2通路30aを閉塞
    し、上記絞り通路31,32のみにより、上記第
    2負荷ポートBタンクポートT間を連絡して、背
    圧を作用させるごとく構成したことを特徴とする
    流体制御装置。
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