JPH06213207A - 旋回用油圧回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 方向制御弁を第１・第２圧油供給位置から中
立位置に操作することで旋回用油圧モータからの戻り圧
油の流れを制限して停止速度を制御できるし、中立位置
の時には油圧ポンプの吐出圧油をタンクに流出して可変
リリーフ弁よりリリーフしないようにする。 【構成】 方向制御弁２のスプール６を中立位置とした
時にはセンターバイパスを開口し、第１・第２アクチュ
エータポート９，１０を閉じ、そのスプール６を中立位
置から第１・第２圧油供給位置に向けて移動した時には
センターバイパスを閉じた後に第１又は第２アクチュエ
ータポート９，１０を第１又は第２入口ポート７，８に
連通し、かつ第２又は第１アクチュエータポート１０，
９を第２又は第１タンクポート１２，１１に連通する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パワーショベルの上部
車体やクレーンの上部旋回体などの旋回体を旋回する旋
回用油圧モータに油圧ポンプの吐出圧油を供給する旋回
用油圧回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来クレーン旋回用油圧回路としては特
開昭５３−２１３７９号公報に示すように、旋回用油圧
モータに圧油を供給する方向制御弁をパイロット弁から
のパイロット圧によって第１圧油供給位置と中立位置と
第２圧油供給位置に切換えると共に、そのパイロット圧
で可変リリーフ弁のセット圧を可変として、パイロット
弁の操作ストロークによって加速時のトルク制御と速度
制御ができるようにしたものが知られている。

【０００３】また、特開昭５６−８０５０７号公報に示
すように、旋回用油圧モータに油圧ポンプの吐出圧油を
供給する方向制御弁をパイロット弁からのパイロット圧
で中立位置、第１・第２圧油供給位置に切換えるものと
し、その旋回用油圧ポンプの吐出路にパイロット圧によ
ってセット圧可変のリリーフ弁を設けたものが知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者のものは方向制御
弁が中立位置の時にポンプ吐出路とアクチュエータ回路
をタンクに連通する型式のために、方向制御弁を第１圧
油供給装置として旋回用油圧モータを駆動している状態
から停止する場合に方向制御弁を中立位置を越えて第２
圧油供給位置として油圧モータを強制的に停止する必要
があり、旋回用油圧モータをクレーン旋回用とした場合
にそのクレーンを精度良く位置決めして停止できない。

【０００５】後者のものにおいては方向制御弁が中立位
置の時にアクチュエータポートとタンクポートを遮断す
るので、方向制御弁の中立位置に向けての操作ストロー
クを異ならせることでアクチュエータポートとタンクポ
ートの開口面積を変更すれば旋回用油圧モータからの戻
り油の流れを制限して旋回用油圧モータの停止速度をコ
ントロールできるが、方向制御弁を中立位置とした時に
油圧ポンプの吐出圧油が行き止まりとなって可変リリー
フ弁からタンクにリリーフするので、その油の温度が上
昇する。油の温度が上昇すると粘性が低下して油洩れが
発生し易くなるから、クレーンの場合に吊荷自然落下等
が生じ好ましくない。

【０００６】そこで、本発明は前述の課題を解決できる
ようにした旋回用油圧回路を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】油圧ポンプ１の吐出路１
ａを、旋回用油圧モータ１８に圧油を供給する方向制御
弁２と可変リリーフ弁３に接続し、パイロット弁２９の
パイロット圧油で方向制御弁２を中立位置から第１・第
２圧油供給位置に移動すると共に、可変リリーフ弁３の
セット圧を高圧とし、前記方向制御弁２を、中立位置の
時にはメータイン側とメータアウト側を遮断し、かつセ
ンタバイパスを開口し、中立位置より第１・第２圧油供
給位置に向けて操作するとセンタバイパスを閉じた後に
メータイン側とメータアウト側を連通するようにした旋
回用油圧回路。

【０００８】

【作 用】油圧ポンプ１の吐出圧油を方向制御弁２よ
り旋回用油圧モータ１８に供給する時には可変リリーフ
弁３のセット圧を順次高くできるし、方向制御弁を中立
位置に向けて操作してメータアウト側を絞ることで旋回
用油圧モータ１８からの戻り油の流れを制限して旋回用
油圧モータの停止速度をコントロールできるし、方向制
御弁２を中立位置とした時には油圧ポンプ１の吐出圧油
がセンターバイパスよりタンクに流出するので可変リリ
ーフ弁３よりリリーフすることがなく、油の油温が上昇
することがなくなる。

【０００９】

【実 施 例】図１に示すように、エンジンＭで駆動さ
れる油圧ポンプ１の吐出路１ａは方向制御弁２と可変リ
リーフ弁３に接続している。前記方向制御弁２は弁本体
４のスプール孔５にスプール６を嵌挿し、そのスプール
孔５に開口する第１・第２入口ポート７，８、第１・第
２アクチュエータポート９，１０、第１・第２タンクポ
ート１１，１２、主ポート１３、第１・第２中立時タン
クポート１４，１５を形成し、弁本体４にポンプポート
１６を形成し、このポンプポート１６をロードチェック
弁１７を介して第１・第２入口ポート７，８に連通し、
前記油圧ポンプ１の吐出路１ａを前記主ポート１３とポ
ンプポート１６に接続してあり、第１・第２アクチュエ
ータポート９，１０は旋回用油圧モータ１８の第１・第
２ポート１８ａ，１８ｂに接続され、第１・第２タンク
ポート１１，１２はドレーンポート１９よりタンク２０
に連通し、第１・第２中立時タンクポート１４，１５は
ドレーンポート１９に接続している。

【００１０】前記スプール６には第１入口ポート７と第
１アクチュエータポート９と第１タンクポート１１を連
通・遮断する第１小径部２１、第２入口ポート８と第２
アクチュエータポート１０と第２タンクポート１２を連
通・遮断する第２小径部２２、主ポート１３と第１・第
２中立時タンクポート１４，１５を連通・遮断する第１
・第２中間小径部２３，２４が形成され、前記スプール
６は左右スプリング２５，２６で中立位置に保持してあ
り、左圧力室２７内のパイロット圧油で右方に押されて
第１圧油供給位置となり、右圧力室２８内のパイロット
圧油で左方に押されて第２圧力供給位置となり、その左
右圧力室２７，２８にはパイロット弁２９よりパイロッ
ト圧油が供給される。

【００１１】前記可変リリーフ弁３は次のように構成し
てある。つまり、弁本体３０の一側孔３１内には入口ポ
ート３２を出口ポート３３に開閉する主リリーフ弁３４
が嵌挿され、この主リリーフ弁３４は主スプリング３５
で閉じ位置に保持してあり、その入口ポート３２は高圧
側３６に開口し、出口ポート３３は低圧側３７に開口し
ている。前記弁本体３０には主バルブ３４の細孔３４ａ
で高圧側３６に連通した中間孔３８が形成され、この中
間孔３８には低圧側３７に開口したポート３９が形成さ
れ、その中間孔３８にはポート３９を開閉するバルブ４
０が嵌挿されており、このバルブ４０はスプリング４１
で閉じ位置に保持してある。前記弁本体３０の他側孔４
２ではスリーブ４３が挿入して固定され、このスリーブ
４３には押杆４４を備えたピストン４５が嵌挿されて受
圧室４６を構成し、このピストン４５はキャンセルスプ
リング４７で受圧室４６側に押され、押杆４４はスリー
ブ４３より突出して前記バルブ４０と間隔を置いて相対
向し、前記スプリング４１はバルブ４０とスリーブ４３
の押杆４４に嵌合したリテーナ５１との間に設けてあ
り、受圧室４６がパイロット弁２９の出力路２９ａ，２
９ｂに高圧優先弁５０を介して接続している。

【００１２】前記キャンセルスプリング４７の取付荷重
ｆ₀ はπ／４×Ｄ² ₀ ×Ｐｉｓとほぼ等しく設定してあ
る。なお、この取付荷重ｆ₀ はロックナット４８を弛め
て筒状のピストン支持体４９をスリーブ４３に対して締
込み、弛めすることで調節できる。ここで、Ｄ₀ はピス
トン３５の径、Ｐｉｓはゼロから急激に高圧となった時
のパイロット圧油の圧力である。

【００１３】次に可変リリーフ弁の作動を説明する。受
圧室４６内のパイロット圧油の圧力がゼロからＰｉｓま
で順次上昇した時には図２の（ａ）に示すように、その
圧力がＰｉｓまで上昇するまではスプリング４１の取付
荷重に見合う低圧セット圧Ｐ₁ となり、前記パイロット
圧油が圧力がＰｉｓ以上になるとピストン４５が受圧室
４６内の圧力でキャンセルスプリング４７に抗してバル
ブ４０側に押されてスプリング４１を介してバルブ４０
を押すので、その圧力に比例して順次高圧となる。

【００１４】また、受圧室４６内のパイロット圧油の圧
力がゼロからＰｉｓまで急激に上昇した時には図２の
（ｂ）に示すようにリリーフ圧は低圧セット圧力Ｐ₁ の
ままであり、それ以降圧力が上昇するとリリーフ圧が高
圧セット圧力Ｐ₂ まで順次上昇する。このように、キャ
ンセルスプリング４７を設けたことによってパイロット
圧油の圧力がゼロから急激に上昇してもリリーフ圧が急
激に上昇することがない。

【００１５】また、キャンセルスプリング４７の取付荷
重を変更することでリリーフ圧力が上昇しないパイロッ
ト圧油の圧力を可変にできるし、キャンセルスプリング
４７をバネ定数の異なるものと選択することで図２の
（ｂ）の斜線で示す範囲でリリーフ圧とパイロットン圧
油の圧力の関係を変更できる。

【００１６】次に作動を説明する。パイロット弁２９の
レバー２９ｃを操作しない時には方向制御弁２は中立位
置となって第１・第２入口ポート７，８、第１・第２ア
クチュエータポート９，１０、第１・第２タンクポート
１１，１２が遮断され、主ポート１３と第１・第２中間
タンクポート１４，１５が連通する。つまり、センター
バイパスが開口する。これによって油圧ポンプ１の吐出
圧油は可変リリーフ弁３でリリーフすることなしに主ポ
ート１３、第１・第２中間タンクポート１４，１５、ド
レーンポート１９よりタンク２０に流出するから、油の
油温がほとんど上昇しない。

【００１７】レバー２９ｃを操作してパイロット弁２９
よりパイロット圧油を左圧力室２７に供給すると、スプ
ール６はパイロット圧油の圧力に比例して右スプリング
２６に抗して順次右方に押される。これによって、主ポ
ート１３と第１・第２中間タンクポート１４，１５が遮
断された後に第１入口ポート７と第１アクチュエータポ
ート９が連通し、かつ第２アクチュエータポート１０が
第２タンクポート１２に連通して第１圧油供給位置とな
り、油圧ポンプ１の吐出圧油は旋回用油圧モータ１０の
第１ポート１８ａに流入し、第２ポート１８ｂの圧油が
タンク２０に流出して旋回用油圧モータ１８が回転して
旋回体５２が旋回してクレーンブーム５３が旋回する。
これと同時に可変リリーフ弁３の受圧室４６にパイロッ
ト圧油が供給されてセット圧が順次高圧となる。

【００１８】この時の主ポート１３と第１・第２中間タ
ンクポート１４，１５の開口面積、つまりセンタバイパ
スの開口面積は図３のＡ、パイロット圧油の圧力は図３
のＢ、可変リリーフ弁３のセット圧（油圧ポンプ吐出圧
力）は図３のＣ、第１入口ポート７と第１アクチュエー
タポート９の開口面積、つまりメータインの開口面積は
図３のＤ、第２アクチュエータポート１０と第２タンク
ポート１２の開口面積、つまりメータアウトの開口面積
は図３のＥとなる。Ｆは左右スプリング２５，２６のば
ね特性である。

【００１９】つまり、スプール６が中立位置の時にはセ
ンターバイパスの開口面積がＡ₀ で最高となり、スプー
ル６のストロークによって順次減少してストロークＳ₀
でゼロとなる。スプール６を更に操作してストロークＳ
₂ （Ｓ₀ ＞Ｓ₀ ）でメータイン、メータアウトが開口し
てその後スプール６のストロークによって順次開口面積
が増大する。

【００２０】パイロット圧油の圧力はレバーストローク
Ｓ₃ で急激にＰｉｓとなり、以後レバーストロークに比
例して順次上昇する。ポンプ吐出圧力は受圧室４６にパ
イロット圧油が作用しない時にはＰ₀ 、パイロット圧油
の圧力がＰｉｓで低圧Ｐ₁ となり、この圧力Ｐｉｓより
パイロット圧油の圧力が上昇しても、キャンセルスプリ
ング４７の作用によってリリーフ圧力が上昇せずに低圧
Ｐ₁ のままとなり、レバーストロークがＳ₄ （Ｓ₄ ＞Ｓ
₃ ）の時のパイロット圧油の圧力Ｐｉｏでスプール６が
Ｓ₀ でストロークしてセンターバイパスが閉じ、さらに
レバーストロークがＳ₁ となるとパイロット圧油の圧油
がＰｉ１となってスプール６がＳ₂ までストロークして
メータインとメータアウトが開口し、この後はレバース
トロークに比例してセット圧が順次高圧となる。

【００２１】このようであるから、パイロット弁２９の
レバーストロークによってセンタバイパスの開口面積が
Ａ₀ から順次絞られて油圧ポンプ吐出圧力が上昇する
が、そのセンタバイパスの開口面積がゼロになる途中で
可変リリーフ弁３のセット圧が低圧Ｐ₁ となって油圧ポ
ンプ１の吐出圧油が可変リリーフ弁３よりリリーフする
のでセンタバイパスを通過する流量が激減し、スプール
６に作用するフローフオースが減少する。なお、パイロ
ット弁２９のレバー２９ｃを前述と反対方向に操作して
スプール６を左方に移動して第２圧油供給位置とした時
にも前述と同様となる。

【００２２】次に方向切換弁２のメータイン、メータア
ウトについて説明する。前記方向切換弁２のスプール６
の第１・第２入口ポート７，８と第１・第２アクチュエ
ータポート９，１０を連通・遮断する第１・第２小径部
２１，２２の形状は図４に示すように、切欠５３により
軸力補償対策を織込み流入する流量でフローフオースの
発生が少ないような形状になっている。第１・第２アク
チュエータポート９，１０と第１・第２タンクポート１
１，１２を連通・遮断する第１・第２小径部２１，２２
は図５に示すように切欠５４で軸力補償対策は織込ま
ず、開度と共にフローフオースが増大するように設けら
れている。

【００２３】一般にこのような切欠で発生するフローフ
オースＦは切欠が閉じる方向に発生し、Ｆ＝ρＱＶｃｏ
ｓθで表される。但しρは流体の密度、Ｑは流量、Ｖは
切欠を流出する流速、θは流出する噴射角である。従っ
て、流量を増やせば、フローフオースは増大し、切欠を
閉じる方向に動き、また第１・第２アクチュエータポー
ト９，１０の圧力を増やせばそこを通る流速も増やし、
フローフオースが閉じる方向に動き、流量を減ずる側へ
スプールが動く。

【００２４】すなわち、第１・第２入口ポート７，８か
ら第１・第２アクチュエータポート９，１０に流れる部
分（メータイン側）の第１・第２小径部２１，２２の形
状と切欠５３の形状は図４に示すように、流入角θ₁ 、
噴射角θ₂ 、流入速度Ｖ₂ がＦ＝ρＱ（Ｖ₁ ｃｏｓθ₁
−Ｖ₂ ｃｏｓθ₂ ）≠０となるようにしてあり、第１・
第２アクチュエータポート９，１０からタンクポート１
９に流れる部分（メータアウト側）の切欠５４は図５に
示すようになって Ｆ＝ρＱＶｃｏｓθ となるようにしてある。

【００２５】このように切欠自身が流量を制御する特性
があるので、スプール６の一端に作用するパイロット圧
と他端のスプリングと上記フローフオースの関係を、ス
プール端受圧面積×パイロット圧＝フローフオース（メ
ータイン側、メータアウト側）＋スプール戻しスプリン
グのバネ荷重＋バネ定数ｋ×スプールメータアウト側開
度となるように、バネ定数ｋを選定してある。

【００２６】このようであるから、メータイン側の流量
とメータアウト側の流量は図６に示すように左右受圧室
２７，２８に供給されるパイロット圧Ｐ₁ によって同一
に制御される。第１アクチュエータポート９から旋回用
油圧モータ１８へ流体を供給し、旋回用油圧モータ１８
からの戻り油は第２アクチュエータポート１０からメー
タアウト側の切欠５４を通ってタンクポート１９よりタ
ンク２０へ戻るので、旋回用油圧モータ１８は慣性体を
回転させる通路ができるが、このままでは圧力が低く旋
回できない。また同時にパイロットバルブ２９のパイロ
ット圧Ｐ₁ は高圧優先弁５０を通って可変リリーフ弁３
の圧力室４６に導かれピストン４５を押してスプリング
４７の取付荷重を大きくするので、バルブ４０のセット
圧も上昇し、慣性体を回転するのに必要なトルクまでポ
ンプ圧力が上昇すれば旋回用油圧モータ１８は回転はじ
める。

【００２７】さらにメータアウト側の切欠５４の開度を
調整することにより、旋回用油圧モータ１８の回転速度
を制御するが、同一開度でも第２アクチュエータポート
１０内の圧力が高ければそこを通る流量は増大するが、
この切欠５４はフローフオースが発生しやすい形状にな
っているので、流量が増大すればフローフオースＦが左
向きに発生し、パイロット圧Ｐ₁ によってスプール６の
左端に発生して右向きの推力に抗して押し戻しメータア
ウト側の切欠５４の開度を絞り、スプール開度ｘが減
り、バネ荷重もバネ定数ｋ×ｘ分減少し、フローフオー
ス増大分とキャンセルし、流量を減じさせるので、圧力
保証付流量制御が可能となり、旋回する旋回体５１の大
きさいかんにかかわらずオペレータかレバーで指示する
旋回速度で制御することができる。ここで、第２アクチ
ュエータポート１０にかかる圧力と流量の関係をパイロ
ット圧Ｐ₁ をパラメータにした測定結果を図７に示す。

【００２８】以上のようにオペレータが指示するレバー
ストロークに対し、パイロット弁２９のパイロット圧Ｐ
₁ が変化し、そのパイロット圧Ｐ₁ に対し、図７に示す
ように切欠を通る流量がポンプ吐出量、負荷の大きさに
関係なく決定されるし、旋回体５１の動き始め点も切欠
４４の開き始め点と一致し、開き始めではフローフオー
スの発生もないので、旋回の動き始め点はパイロット圧
Ｐ₁ とスプリングのバネ力で決めるため一定となる。

【００２９】すなわち、圧力保証付の流量制御をメータ
アウト側で行なうようにしたので、旋回の動き始め停止
も同一レバーストロークであり、ストローク流量の特性
も加速時、減速時が同一であり、吊荷の大きさ、旋回半
径の大きさに関係なく、加速減速が同一パターンで行な
えることができて、旋回体の傾斜や風の影響で速度が変
動しようとしても、スプール６自身が自動調整して流量
を制御するのでオペレータが調整する必要もなく、初心
者も自由にコントロールできる。

【００３０】

【発明の効果】油圧ポンプ１の吐出圧油を方向制御弁２
より旋回用油圧モータ１８に供給する時には可変リリー
フ弁３のセット圧を順次高くできるし、方向制御弁を中
立位置に向けて操作してメータアウト側を絞ることで旋
回用油圧モータ１８からの戻り油の流れを制限して旋回
用油圧モータの停止速度をコントロールできる。また、
方向制御弁２を中立位置とした時には油圧ポンプ１の吐
出圧油がセンターバイパスよりタンクに流出するので可
変リリーフ弁３よりリリーフすることがなく、油の油温
が上昇することがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーン旋回用油圧回路である。

【図２】可変リリーフ弁のパイロット圧油の圧力とリリ
ーフ圧の関係を示す図表である。

【図３】スプールストロークとレバーストロークとリリ
ーフ圧とパイロット圧油の圧力と各開口面積の関係を示
す図表である。

【図４】メータイン側の切欠説明図である。

【図５】メータアウト側の切欠説明図である。

【図６】パイロット圧と流量の関係を示す図表である。

【図７】第１・第２アクチュエータポートのもどり圧力
と流量とのパイロット圧力の関係を示す図表である。

【符号の説明】

１…油圧ポンプ、２…方向制御弁、３…可変リリーフ
弁、１８…旋回用油圧モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ポンプ１の吐出路１ａを、旋回用油
   圧モータ１８に圧油を供給する方向制御弁２と可変リリ
   ーフ弁３に接続し、パイロット弁２９のパイロット圧油
   で方向制御弁２を中立位置から第１・第２圧油供給位置
   に移動すると共に、可変リリーフ弁３のセット圧を高圧
   とし、 前記方向制御弁２を、中立位置の時にはメータイン側と
   メータアウト側を遮断し、かつセンタバイパスを開口
   し、中立位置より第１・第２圧油供給位置に向けて操作
   するとセンタバイパスを閉じた後にメータイン側とメー
   タアウト側を連通するようにしたことを特徴とする旋回
   用油圧回路。