JPH0615865B2 - 油圧ポンプの入力制御装置 - Google Patents

油圧ポンプの入力制御装置

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JPH0615865B2
JPH0615865B2 JP60242552A JP24255285A JPH0615865B2 JP H0615865 B2 JPH0615865 B2 JP H0615865B2 JP 60242552 A JP60242552 A JP 60242552A JP 24255285 A JP24255285 A JP 24255285A JP H0615865 B2 JPH0615865 B2 JP H0615865B2
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    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B11/00Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主に油圧シヨベル、油圧クレーンその他の建設
機械、土木機械に使用される油圧ポンプの入力制御装置
に関する。
〔従来の技術〕
この種の入力制御装置には油圧ポンプを駆動する原動機
の設定定格回転数と実際回転数との差に基づき油圧ポン
プの吐出量を制御する機構を備えたものがある。例えば
第3図に示す特開昭55−12245号公報記載のもの
は、制御シリンダ70内の第1ピストン71と第2ピス
トン72との間にばね73を介在させると共に、第1ピ
ストン71のばねのない側に第1油圧室74,75を、
第2ピストン72のばねのない側に第2油圧室77を配
設し、第1ピストン71と油圧ポンプ78,79とを操
作杆80で連結し、第1油圧室74,75の受圧面積を
それぞれ等しくし、油圧ポンプ78,79の吐出圧力を
フイードバック管81,82で第1油圧室74,75に
導くと共に、油圧ポンプ78,79の駆動原動機83の
設定定格回転数と実際回転数との差を演算する比較検出
器84を設け、この比較検出器84の検出信号により第
2油圧室77の油圧力を制御している。
この従来装置は、原動機83の実際回転数が設定定格回
転数より少なくなる過負荷状態では、比較検出器84の
検出信号により電磁弁85が切換つて第2油圧室77と
タンク86とを連通するため、ピストン72,71が左
行し操作杆80を動かしポンプ吐出量が減少する。これ
により実際回転数と設定定格回転数が等しくなると、電
磁弁85は励磁を解かれて第2油圧室77に通じるポー
トをブロックしタンク86との連通を断つ。又、負荷に
余裕ができ原動機83の実際回転数が設定定格回転数よ
り多くなると、比較検出器84の検出信号により電磁弁
85が切換つて第2油圧室77と油圧源87とを連通す
る結果、第2油圧室77にシフト圧力が導かれピストン
72,71が右行し、ポンプ吐出量が増加する。これに
より実際回転数と設定定格回転数が等しくなると、電磁
弁85は励磁を解かれて第2油圧室77に通じるポート
をブロックし油圧源87との連通を断つ。
第4図に示す特開昭58−88480号公報記載のもの
は、原動機1に連結された油圧ポンプ2,22を管路5
1,52により当該ポンプ2,22のレギュレータ5
3,54のスプール4,24の一端に制御ピストンを介
して接続し、自身のポンプ吐出圧力Pd,Pdをス
プール4,24の他単に配設した加圧機構と対抗させ
る。加圧機構は、シリンダ室55,56にスプール4,
24寄りの段付ピストン57,58、これと対向する第
2ピストン59,60及びその間に介在するばね61,
62を収容すると共に、スプール4,24と段付ピスト
ン57,58との間に介在させるばね65,66を有
し、段付ピストン57,58の段付部を管路63,64
及び管路52,51により相手ポンプ22,2に接続し
ている。
原動機1に連結されたサーボポンプ12,37からの圧
油はサーボシリンダ40,41のロッド室42,43、
電磁比例減圧弁44,45及びスプール4,24の各1
次側ポートに導き、スプール4,24の2次側ポートは
サーボシリンダ40,41のヘッド室46,47に連通
している。
一方、制御装置18はスロットルレバー16で設定する
原動機1の設定定格回転数と回転数検出器17で検出す
る実際回転数との差を演算しさらに電磁比例減圧弁4
4,45への出力値を演算するものである。電磁比例減
圧弁44,45はサーボポンプ12,37からの油圧力
を前記出力値に応じて減圧するものであり、この2次圧
力は増馬力圧力で加圧機構の第2ピストン59,60の
ストッパ側に導かれている。
この従来装置にあつては、自身のポンプ吐出圧力P
,Pdをスプール4,24に当接する制御ピスト
ンに導き、相手のポンプ吐出圧力Pd,Pdを加圧
機構の段付ピストン57,58の段付部に導くと共に、
電磁比例減圧弁44,45からの増馬力圧力を第2ピス
トン59,60に導いて、自身のポンプ吐出圧力及び相
手のポンプ吐出圧力と対抗させることによりポンプ2,
22の入力馬力を制御している。
また、前記特開昭58−88480号公報記載の他の実
施例であるレギュレータは、第5図に示すように電磁比
例減圧弁からの二次圧力である減馬力圧力Piを、自身
のポンプ吐出圧力Pd及び相手のポンプ吐出圧力P
同方向にとつて加圧機構92に作用せしめている。
即ち、第5図において、レギュレータ90のスプール4
の一端に作用する自身のポンプ吐出圧力Pdとスプール
4を介して対抗する加圧機構92は、シリンダ室55に
密嵌され且つスプール4にばね65を介して当接する第
1段付ピストン93、同軸上となるシリンダ室55、9
5に密嵌され且つ第1段付ピストン93にばね61を介
して対抗する第2段付ピストン94、第2段付ピストン
94とストッパ部96との間に介在するばね97、第1
段付ピストン93とスプール4との間に介在するばね6
5等を備え、制御ピストン91に導かれた自身のポンプ
吐出圧力Pdに対して、第1段付ピストン93のスプー
ル4側の段付部に相手のポンプ吐出圧力Pを導き、第
2段付ピストン94の第1段付ピストン側の段付部に電
磁比例減圧弁からの減馬力圧力Piを導くことにより、
ポンプの入力馬力を制御している。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、この種のポンプ2,22の吐出圧力Pd1
Pd2は250〜350kgf/cm2であるが、これと対抗
するサーボポンプ12,37の吐出圧力は30kgf/cm
2程度である。
ところが第3図に示す従来装置は、シフト圧力受圧面積
とポンプ吐出圧力受圧面積とが等しいから、油圧源87
にはポンプ78,79と同様250〜350kgf/cm2
の高圧ポンプが必要となり不経済である。
第4図に示す従来装置は、サーボポンプ12,37の吐
出圧力は前述のようにポンプ2,22の吐出圧力P
1,Pd2の約1/10と低くく、しかもこのサーボポ
ンプ12,37の吐出圧力を電磁比例減圧弁44,45
で減圧した増馬力圧力を加圧機構の第2ピストン59,
60に導くので、この増馬力圧力でポンプ吐出圧力Pd
1,Pd2に打ち勝つてスプールを移動させるには、ポン
プ吐出圧力との受圧面積比率を非常に大きくする必要が
ある。このため、シリンダ室55,56、段付ピストン
57,58及び第2ピストン59,60が大径となり、
加圧機構及びレギュレータが大型化する不都合がある。
さらに、第2ピストン59,60は他のピストンとは別
に製作する必要があり、ばね61,62は第2ピストン
59,60と段付ピストン57,58とで挟まれるの
で、ばね力の調整が困難となる。
又、第4図に示す加圧機構における第2ピストン59,
60を除いてばね室に直接増馬力圧力を導くようにした
ものでは、前記同様シリンダ室55,56及び段付ピス
トン57,58が大径となり、又、ばね室が圧油室を兼
ねるためばね力調整機構の構造が複雑となるほか、段付
ピストン57,58の受圧面積、ばね61,62の設計
に制約をうける。又、エンジンスピードセンシングを使
用する場合、自身のポンプ吐出圧力及び増馬力圧力が導
かれるレギュレータには相手ポンプの吐出圧力によるス
プール制御が不要となるが、これによつて加圧機構の構
成要素で不要となるものは相手ポンプの吐出圧力を導く
ポートだけであるから、加圧機構を小型化することには
ならない。
第5図に示す従来装置のレギュレータ90は、加圧機構
92の第2段付ピストン94が第1段付ピストン93に
比べて1段と大きく、又、第2段付ピストン94をスプ
ール4側へ押付けるばね97は、そのばね常数及びばね
外径が他のばね61,65に比べて拡段に大きくなり、
しかもばね長が長い。このため、レギュレータ90が大
型化する不都合がある。
以下、これを具体例で詳しく説明する。
第7図はこの従来技術のPd−Q線図(Pd−△X線図
を含む)で、減馬力圧力Piを30kgfcm2、減馬力制
御範囲を60kgfcm2にとり、制御ピストン91のスト
ローク量は5mm、制御ピストン91の直径は3mm(受圧
面積0.07cm2)、第1段付ピストン93の大径部の
直径dは11mmにとつている。
いま、制御ピストン91の受圧面積をAd、第1段付ピ
ストン93の受圧面積A、第2段付ピストン94の受
圧面積Ai、ばね65,61,97のばね常数をka,
Kb,Kc、自身のポンプ吐出圧力をPd、相手のポン
プ吐出圧力をP、減馬力圧力をPiとすれば、 制御ピストン91のストローク量は、 △X=△Xa+△Xb+△Xc=Pd・Ad/ka+(Pd・Ad+P
2)/kb+(Pd・Ad+P・A2+Pi・Ai)/kc・・(1) (1)式を第7図のPd−Q線図(Pd−△X線図を含
む)にあてはめて計算すると、以下の関係式が得られ
る。
D−C=1.44=Ai(30/Kc)・・・(2) C−B=3=(1/kb+1/kc)×250×A ・・・・・・
・・・・・(3) B−A=0.6=(1/ka+1/kb+1/kc)×50×Ad ・・・・・
・・・・・・(4) ここで、制御ピストン91の受圧面積Adを0.07cm
2とすると、(2),(3),(4)式より各諸元は、以下のよう
になる。
ka=10.3 kgf/mm kb=20.6 kgf/mm kc=41.2 kgf/mm A=0.165cm2 (d=10,d=11) Ai=1.98 cm2 (d=19.3) 即ち、第1段付ピストン93は小径dが10mmで大径
が11mm、第2段付ピストン94は小径dが11
mmで大径dが19.3mmとなる。
以上の諸元で、減馬力圧力Piをうける第2段付ピスト
ン94、これを嵌めるシリンダ室95及び第2段付ピス
トン94をスプール4側へ押付けるばね97で構成する
減馬力圧力によるスプール押付機構に着目すると、第2
段付ピストン94の大径dが第1段付ピストン93の
大径dのほぼ2倍、ばね97はばね常数41.2kgf
/cm2で、ばね65のばね常数の4倍、ばね61のばね
常数の2倍と非常に大きく、さらに、ばね97の長さが
80mm程度になるので、減馬力圧力によるスプール押付
機構は、第1段付ピストン93、これを嵌めるシリンダ
室55、第1段付ピストン93を挟圧するばね61,6
5で構成する相手のポンプ吐出圧力によるスプール押付
機構に比べ、格段に大きくなる。しかも、この場合、ば
ね97の外径は第2段付ピストン94の大径dの約2
倍の40mmとなるので、ばね97と第2段付ピストン9
4との間にシリンダ室95と干渉しない段付部材を介在
させることになる。このため、シリンダ室95のスプー
ル側の端部からストッパ部96に至る間が非常に長くな
る。
本発明は前記の実情に鑑みてなされたもので、この種の
油圧ポンプのレギュレータの小型化と製作費の低減を図
ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
前記の目的を達成するための本発明の手段を実施例に対
応する第1図及び第2図を用いて説明する。
1台の原動機に連結された複数台の油圧ポンプの各レギ
ュレータに、少くとも自身のポンプ吐出圧力と、電磁比
例減圧弁から原動機の設定回転数と実際回転数との比較
検出値に応じた減馬力圧力を導いて油圧ポンプの入力馬
力を制限するようにしたものにおいて、レギュレータの
スプールを介して段付ピストンと加圧機構とを対抗させ
ると共に、この段付ピストンの同じ向きの二つの受圧面
の一方に自身のポンプ吐出圧力を導き、他方に前記減馬
力圧力を導くようにしたことを特徴とするものである。
前記加圧機構は、設定ばねのみで構成するか、又は設定
ばねと、この設定ばねにピストンを介して相手の油圧ポ
ンプ吐出圧力を対抗させるためのシリンダと、前記ピス
トンとレギュレータのスプールとの間に介在させるばね
で構成する。
〔作 用〕
本発明の作用を第2図を用いて説明する。
自身のポンプ吐出圧力Pd1,Pd2と減馬力圧力P
1,Pi2を受ける段付ピストン6,26のスプール押
付力と加圧機構48,48′によるスプール押付力とが
スプール4,24を介して釣合つている第2図に示す状
態から、原動機2,22の実際回転数が設定回転数より
少くなる過負荷状態になると、電磁比例減圧弁44,4
5が作動し減馬力圧力Pi1,Pi2が高くなり、又、ポ
ンプ吐出圧力Pd1,Pd2も高くなるので、段付ピスト
ン6,26は加圧機構48,48′のスプール押付力に
打ち勝つてスプール4,24を加圧機構48,48′側
へ押す。これによりサーボシリンダ40,41のヘッド
室46,47をタンクに連通しポンプ傾転角を減じポン
プ吐出量が減少する。これとは逆に、負荷に余裕ができ
ると、原動機2,22の実際回転数が設定回転数より多
くなるので、前記過負荷の場合同様、電磁比例減圧弁4
4,45が作動し、又ポンプ吐出圧力Pd1,Pd2が低
下するため、加圧機構48,48′は段付ピストン6,
26のスプール押付力に打ち勝つてスプール4,44を
段付ピストン6,26側へ押し、ポンプ傾転角を増しポ
ンプ吐出量が増加する。
加圧機構35,36のスプール押付力と段付ピストン
6,26のスプール押付力とが釣合うと、ポンプ傾転角
はこの位置で固定され、原動機出力に見合つたポンプ入
力が得られる。
このように本発明では、加圧機構48,48′にスプー
ル4,24を介して当接する段付ピストン6,26には
自身のポンプ吐出圧力と減馬力圧力とを導いているの
で、この減馬力圧力によるスプール押付機構は、従来装
置の加圧機構に設けている減馬力圧力によるスプール押
付機構に比べ構造が簡単で小型化でき、且つ加圧機構に
は減馬力圧力によるスプール押付機構が不要となる。
又、ピストンスピードセンシングの使用で加圧機構には
相手のポンプ吐出圧力によるスプール押付機構が不要に
なるとか、又、段付ピストンに三つの受圧面を形成し、
これにより増えた受圧面に相手のポンプ吐出圧力を導く
ようにしたものでは、加圧機構は設定ばねのみでよい。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第2図にお
いて、原動機1に歯車機構を介して連結された油圧ポン
プ2,22には入力馬力を制限するためのレギュレータ
3,23を備えている。レギュレータ3,23のスプー
ル4,24の一端にはハウジング5,25に嵌挿された
段付ピストン6,26の大径側先端を当接すると共に、
段付ピストン6,26の大径部の後端及び小径部の後端
の各箇所に油室7,27と油室8,28を形成し、油圧
7,27にはポンプ2,22からの吐出油を導き、油室
8,28には電磁比例減圧弁44,45の2次圧力であ
る減馬力圧力Pi1,Pi2を導いている。従つて、段付
ピストン6,26はポンプ吐出圧力Pd1,Pd2による
押付力に減馬力圧力Pi1,Pi2による押付力を加算し
たスプール押付力でスプール4,24を介し加圧機構4
8,48′と対抗する。
加圧機構48,48′は設定ばね31,32と、この設
定ばねに当接するピストン33,34と、相手ポンプ2
2,2の吐出圧力をピストン33,34のスプール4,
24側に作用させるシリンダ室35,36と、ピストン
33,34とスプール4,24との間に介在させるばね
29,30からなつている。
原動機1で駆動される油圧ポンプ2,22及びサーボポ
ンプ12,37のうち、ポンプ2,22からの吐出圧力
Pd1,Pd2は自身のレギュレータ3,23の油室7,
27と相手の加圧機構48′,48のロッド室38,3
9に導いている。サーボポンプ12,37からの油圧力
はスプール4,24に嵌挿されたスリーブ49,50と
連動するサーボシリンダ40,41のロッド室42,4
3、電磁比例減圧弁44,45及びスプール4,24の
各1次側ポートに導き、スプール4,24の2次側ポー
トはサーボシリンダ40,41のヘッド室46,47に
連通し、電磁比例減圧弁44,45の2次側ポートは油
室8,28に連通している。
電磁比例減圧弁44,45は、スロットルレバー16で
設定する原動機1の設定定格回転数と回転数検出器17
で検出する原動機1の実際回転数との差を演算する制御
装置18からの出力値に相応してサーボポンプ12,3
7からの油圧力を減圧するもので、その2次圧たる減馬
力圧力Pi1,Pi2は原動機の設定定格回転数と実際回
転数とが等しいとき最低となる。
次に、第2図に示すレギュレータ3,23を第5図に示
す従来技術のレギュレータ90と同様の条件で製作した
場合に、第5図に示す従来装置のレギュレータとどのよ
うな差異が生ずるかを説明する。
第2図に示すレギュレータを、第5図に示す従来装置の
レギュレータと比較し易いように書き代えた第6図にお
いて、段付ピストン6の自身のポンプ吐出圧力が作用す
る受圧部の面積Adを0.07cm2(従来装置の制御ピ
ストン91の受圧面積Adと同じ)、段付ピストン6の
ストローク量を5mm、ピストン33の大径部dをほぼ
11mmにとる。
いま、段付ピストン6の減馬力圧力受圧部の面積をA
i、ピストン33の受圧部の面積をA、ばね29,3
1のばね常数をka,kb、自身のポンプ吐出圧力をP
d、相手のポンプ吐出圧力をP、減馬力圧力をPiと
すると、 段付ピストン6のストローク量は、 △X=△Xa+△Xb=(Pd・Ad+Pi・Ai)/ka+(Pd・Ad+P
i・Ai+P・A)/kb・・・・・・・・・・・・(5) (5)式を第7図のPd−Q線図(Pd−△X線図を含
む)にあてはめて計算すると、以下の関係式が得られ
る。
D−C=1.44=(1/ka+1/kb)×30×Ai ・・・・・・・
・・・・・(6) C−B=3=(1/kb)250×A・・(7) B−A=0.6=(1/ka+1/kb)×50×Ad ・・・・・・・・
・・・・(8) ここで、Ad=0.07cm2であるから、(6),(7),(8)
式より ka=8.8kgf/mm kb=17.6kgf/mm A2=0.106cm2(d1=10,d2=10.7) Ai=0.282cm2(d3=6,d=6.7) そして、ピストン33の小径dが10mmでは大径d
は10.7mm、段付ピストン6の小径dが6では大径
は6.7mmとなる。
即ち、この実施例においては、加圧機構のピストン33
の小径部は10mmで大径部が10.7mm、又、ピストン
33を挟圧するばね29,31のばね常数は8.8kgf
/mmと17.6kgf/mmである。これに対し、第5図に
示す従来装置の第1段付ピストン93の小径部が10mm
で大径部が11mm、第1段付ピストン93を挟圧するば
ね65,61のばね常数は10.3kgf/mmと20.6
kgf/mmであるから、両者の相手のポンプ吐出圧力によ
るスプール押付機構はほぼ同サイズとみてよい。又、段
付ピストン6は大径部が6.7mmで小径部が6mmである
から、第5図に示す直径3mmの制御ピストン91に比べ
若干太く、又、長さも若干長くなる。しかし、これらの
違いはレギュレータ全体からみれば、問題とはならな
い。
従つて、第2図に示すレギュレータは、相手のポンプ吐
出圧力によるスプール押付機構を従来装置(第5図)の
ものとほぼ同サイズにとつた場合に、従来装置(第5
図)の減馬力圧力によるスプール押付機構(相手のポン
プ吐出圧力によるスプール押付機構よりも格段に大き
い)が占る容積だけ縮小することができる。
以上説明した第2図に示すものは、1台の原動機で駆動
される二つのポンプのレギュレータにそれぞれ自身のポ
ンプ吐出圧力と相手のポンプの吐出圧力と減馬力圧力を
導いてポンプの入力を制御するものであつたが、エンジ
ンスピードセンシングを用いることにより、二つのポン
プのうち一方のポンプのレギュレータにのみ自身のポン
プ吐出圧力と減馬力圧力を導いてポンプの入力を制御し
たものを第1図に示す。
このものは、油圧ポンプ2のレギュレータ3内の段付ピ
ストン6に自身のポンプ吐出圧力Pdと電磁比例減圧弁
10からの減馬力圧力Piを導き、加圧機構である設定
ばね11とスプール4を介して対抗させる構成である。
その他の構成は第2図に示すものとほぼ同じである。
尚、第2図に示すレギュレータ3,23の段付ピストン
6,26に三つの受圧面を形成し、これにより増えた受
圧面に相手のポンプ吐出圧力Pd2,Pd1を導くように
すれば、加圧機構48,48′は設定ばね31,32だ
けでよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、スプールを介して
加圧機構と対抗する段付ピストンに自身のポンプ吐出圧
力と減馬力圧力を導いているので、その減馬力圧力によ
るスプール押付機構は、従来装置の加圧機構に設ける減
馬力圧力によるスプール押付機構よりも小型で簡単な構
成となり、加圧機構には減馬力圧力によるスプール押付
機構が不要となる。従って、この種の油圧ポンプのレギ
ュレータの小型化及び製作費の低減を図ることができ
る。さらに、レギュレータに相手のポンプ吐出圧力を導
かない場合、従来装置の加圧機構ではその大きさは変わ
らないが、本発明では加圧機構を設定ばねのみで構成で
きるので、レギュレータの一層の小型化を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ本発明の実施例の油圧回路
図、第3図及び第4図はそれぞれ従来装置の油圧回路
図、第5図はいま一つの従来装置のレギュレータの概略
図、第6図は本発明のレギュレータの概略図、第7図は
本発明の実施例のPd−Q線図である 1……原動機、2,22……油圧ポンプ、3,23……
レギュレータ、4,24……スプール、5,25……ハ
ウジング、6,26……段付ピストン、7,8,27,
28……油室、10,44,45……電磁比例減圧弁、
11,31,32……設定ばね、16……スロットルレ
バー、17……回転数検出器、18……制御装置、4
8,48……加圧機構。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若宮 達也 兵庫県神戸市西区櫨谷町松本234番地 川 崎重工業株式会社西神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭58−88480(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1台の原動機に連結された複数台の油圧ポ
    ンプの各レギュレータに、少くとも自身のポンプ吐出圧
    力と、電磁比例減圧弁から原動機の設定回転数と実際回
    転数との比較検出値に応じた減馬力圧力を導いて油圧ポ
    ンプの入力馬力を制限するようにしたものにおいて、レ
    ギュレータのスプールを介して段付ピストンと加圧機構
    とを対抗させると共に、この段付ピストンの同じ向きの
    二つの受圧面の一方に自身のポンプ吐出圧力を導き、他
    方に前記減馬力圧力を導くようにしたことを特徴とする
    油圧ポンプの入力制御装置。
  2. 【請求項2】加圧機構が設定ばねであるか、又は設定ば
    ねと、この設定ばねにピストンを介して相手のポンプ吐
    出圧力を対抗させるためのシリンダと、前記ピストンと
    レギュレータのスプールとの間に介在させるばねからな
    る特許請求の範囲第1項記載の油圧ポンプの入力制御装
    置。
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