JPH07101042B2

JPH07101042B2 - 油圧制御装置

Info

Publication number: JPH07101042B2
Application number: JP61163522A
Authority: JP
Inventors: クルト・アール・ロネーモ; ネイリン・ジェイ・シャー
Original assignee: ヴイツカ−ズ，インコ−ポレ−テツド
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: US4753157A; EP0209019A2; CN86103617A; EP0209019A3; CN1008198B; DE3688346T2; JPS6217402A; IN164865B; DE3688346D1; EP0209019B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は動力伝達装置に関し、特に掘削機やクレーンな
どを含むアースムーバー機械器具において見出されるよ
うな、アクチュエータ用の油圧回路に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

米国特許第4,201,052号においては、アクチュエータの
要素を反対方向に動かすために入口及び出口として交互
に機能するように構成された向かい合った開口を有する
アクチュエータと、負荷検知制御を備え該アクチュエー
タに流体を供給するための可変容量形ポンプとを含む、
油圧回路制御装置が開示されている。そこではパイロッ
ト作動されるスプール形のメータイン弁が備えられ、こ
れに対してポンプからの流体が供給され、またパイロッ
ト制御装置がメータイン弁に対してパイロット圧力で流
体を交互に供給して、メータイン弁の方向及び置換移動
量、並びにアクチュエータの方向及び速度を制御してい
る。また一対のラインがメータイン弁からアクチュエー
タの各々の開口へと延伸し、パイロット作動されるメー
タアウト弁がこのアクチュエータへのラインの各々と組
み合わせられていて、アクチュエータへの当該ラインが
そこへ加えられるポンプからの圧力流体を有していない
場合に、アクチュエータから出る流れを制御している。

このような油圧回路においては、圧力補償及びその結果
として定常流は、メータイン弁のスプールをセンタリン
グするのに役立つバネ係数を有するバネを流体の力と共
に用いることによって達成されている。しかし圧力補償
の量によっては、圧力降下が通常の負荷検知点から変化
する場合に、流れに変化がもたらされるであろう。

〔発明の解決しようとする問題点〕

殆どの場合、この動作は受け入れることが可能なもので
あり、また操作をする者はアクチュエータの操作にあた
り、そのような流れの変化には気付かないであろう。し
かしながら、幾つかの場合、特にモーターへの適用の場
合には、より多大の正確さが必要とされる。

そこで本発明の目的の一つは、低い費用をもってより正
確な圧力補償を提供するということにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、アクチュエータへのライン中の流体圧
力であって、ポンプからの圧力流体を有しないものがメ
ータイン弁に加えられて、流れを一定に保つために圧力
補償流体の力を助けるセンタリング力を加える。より詳
しく云えば、帰還ピンがメータイン弁のスプールと組み
合わせられており、アクチュエータへのラインからの圧
力であって、そこに加えられたポンプ圧力を有していな
いものがピンの一つに加えられ、メータイン弁のスプー
ル上にセンタリング力を加えて、これが流れを一定に保
つために圧力補償流体の力を助けるのである。

〔従来技術の実施例〕

本発明は米国特許第4,201,052号に示された如き油圧制
御装置に関するものであり、この文献をここに参照とし
て取り込むものとする。

第１図を参照すると、そのような油圧装置はアクチュエ
ータ20を含んでいる。このアクチュエータ20はここでは
油圧シリンダーとして示されており、ロッド21を有し、
該ロッド21は従来の構造に従った負荷検知制御を有する
可変容量形ポンプ装置22から提供される油圧流体によっ
て、反対方向即ち両方向に移動させられる。この油圧装
置はさらに、今説明したようなアクチュエータの移動の
方向を制御するためにパイロット圧力を弁装置24に向け
る、手動操作される制御装置23を含んでいる。ポンプ22
からの流体は、ライン25及び通路26からメータイン弁27
へと向けられ、メータイン弁27は油圧流体の流れを制御
しまたアクチュエータ20の一方又は他方の端部に向ける
ように機能する。メータイン弁27はここに説明されてい
る形では、その両端へ通ずるライン28及び29並びに通路
30及び31を介して、制御装置23によってパイロット圧力
制御されている。弁の移動方向に応じて、油圧流体は通
路32又は33を通ってアクチュエータ20の一端又は他端へ
と達する。

この油圧装置はさらに、通路32及び33においてアクチュ
エータの各々の端部と組み合わせられたメータアウト弁
34及び35を有している。これらのメータアウト弁は、こ
こに説明されている形では、ポンプから油圧流体が流れ
て来ていない方のアクチュエータの端部から、タンク通
路36へと流体の流れを制御する。

この油圧装置はまた、バネ負荷されたポペット弁37及び
38をライン32及び33に有し、ライン32及び33をタンク通
路36へと開くよう構成されバネ負荷されたキャビテーシ
ョン防止弁39及び40を含んでいる。加えて、ここに説明
する形では、バネ負荷されたポペット弁41及び42が、メ
ータアウト弁34及び35の各々と組み合わさられている。
オリフィス49を有する漏出ライン47が通路36からメータ
アウト34及び35へ、そしてチェック弁77を介してパイロ
ット制御ライン28及び29へと延伸している。

この装置はさらにまた、戻りライン即ちタンクラインと
組み合わせられた背圧弁44を含んでいる。背圧弁44は、
負荷のオーバーライン又は低下がアクチュエータの駆動
を低下させるような場合に、キャビテーションを最小に
するように機能する。ポンプ充填リリーフ弁45が、ポン
プ22の入力規格を越える過剰の流れを取り、これを背圧
弁44に加えてアクチュエータで利用される流体を補充す
るようになっている。

第２図を参照すると、メータイン弁27はスプール51が配
置されたボア50を有し、パイロット圧力がない場合には
スプール51はバネ52によって中立位置に維持される。通
常、スプール51は圧力のかかった通路26から通路32又は
33への流れを阻止する。パイロット圧力が通路30又は31
に加えられた場合、メータイン弁のスプール51は、パイ
ロット圧力とバネ負荷と流体圧力との間に力に均衡が存
在するようになるまで、圧力の加わっている方向へと移
動する。この移動方向は、通路32又は33のいずれが通路
26からの圧力下にある流体を提供されるかを決定する。

第３図を参照すると、メータアウト弁34のみが示されて
いるが、これはメータアウト弁34と35とは各々同一構造
を有しているので、明確化のためにこのようにしたもの
である。メータアウト弁34は、ポペット61が配置される
ボア60を含んでいる。ポペット61は、該ポペット内の室
63へと延伸する通路62と、タンク通路36への一つ又はそ
れ以上の通路64を含んでいる。バネ66の作動の下に、通
常は軸65が室63と通路64との間の連結を閉じている。室
63の圧力は通路32の圧力と等しくなり、その結果生ずる
力の不均衡はポペット61を着座させたままとする。この
弁はさらに、軸65の取り囲みバネ68によって第３図の右
方へと弾性的に付勢されるピストン67を含んでいる。制
御装置23からのパイロットライン28は、ピストン67に抗
して作用する室70へと、通路69を介して延伸する。パイ
ロット圧力が通路28に加えられると、ピストン67は第３
図で見て左方へと動かされ、軸65を左へ動かし、通路64
を介して室63がタンク通路36へと通るようにする。その
結果の力の不均衡はポペット61を左へと動かし、通路32
をタンク通路36へと連絡する。

従って、メータイン弁を開く方向を決定するように機能
するのと同じパイロット圧力が、適当なメータアウト弁
を決定しまたその開放を制御して、アクチュエータの流
体がタンク通路に戻って来れるようにすることが看取さ
れるであろう。

第４図を参照する。各々のメータアウト弁はこれに組み
合わせられバネ負荷されたパイロットスプール71を有
し、このパイロットスプールは、通路32の負荷圧力が所
定の値を越えた場合に機能して、通路32から制御オリフ
ィス62を介してタンク通路36へ、そして中間通路73を介
しての流路を開放する。この漏出流はポペット弁61の図
面で見て左端への圧力及び閉鎖力を減少し、ポペット弁
61が左の方へ動くことを許容して、通路32から戻りライ
ン即ちタンク通路36への流れを行わしめる。圧力が急上
昇した場合のオーバーシュートを防止するために、オリ
フィス72及びこれに関連する室72aが設けられており、
ポペット弁71の左端に対する圧力の結集に遅れが生ずる
ようにしている。その結果、ポペット弁71と61はそのう
ちに開放し、これによって圧力上昇率を制御し、オーバ
ーシュートを最小限とする。

メータイン弁の制御でポンプからアクチュエータへと流
体を供給する状態であるエネルギーを吸収する負荷の場
合、制御装置23がアクチュエータ20を所定の方向に作動
させるために動かされた時に、ライン28及び通路30を介
して加えられたパイロット圧力はメータイン弁のスプー
ルを図面で右方向に動かして、圧力下にある油圧流体が
通路33を介し、ポペット弁38を開放してアクチュエータ
20の入口Ｂまで連続して流れるようにする。同じパイロ
ット圧力はメータアウト弁34にも加えられ、アクチュエ
ータ20の端部Ａから戻りライン即ちタンク通路36への流
体の流れを行わしめる。

制御装置23が、例えばメータアウト弁の制御でポンプか
らの流体を使用せず、重力方向に負荷を降下させる負荷
のオーバーラン又は低下のために、アクチュエータを作
動するように動かされる場合、該制御装置23はパイロッ
ト圧力がライン28に加えられるようにして動かされる。
メータアウト弁34はパイロット圧力の影響の下に、メー
タイン弁27よりも前に開放する。そしてアクチュエータ
上の負荷は、アクチュエータの開口Ａを介して、メータ
アウト弁34を通過して戻りライン即ちタンク通路36へ
と、油圧流体を押し進める。同時に、ポペット弁たるキ
ャビテーション防止弁40が開放されて、流体の幾らかが
開口Ｂを介してアクチュエータの他端へと戻ることを許
容し、これによってキャビテーションを防止する。この
ようにして、流体はメータイン弁27を開放することな
く、またポンプからの流体を使用することもなく、アク
チュエータの他端へと供給されるのである。

フロート位置を得るために、制御装置23はバイパスさ
れ、パイロット圧力がパイロットライン28及び29を両方
に加えられる。このことは、例えば図示しないソレノイ
ド作動弁を使用することによって達成される。ソレノイ
ド弁は付勢された時に制御装置23をバイパスし、流体を
パイロットポンプ76からライン28及び29に直接加えて、
両方のメータアウト弁34を開放させ、これによってアク
チュエータの両端がタンク圧力を受けるようにする。こ
の状況にあっては、本明細書に参照として取り込まれて
いる米国特許第4,201,052号に記載されているように、
メータアウト弁は、各々の軸が完全に移動するように作
動され、流体がその両端部の間で行きつ戻りつするよう
にさせる。

アクチュエータの端部Ａからの戻り圧力が過剰である場
合、パイロットスプール71はポペット弁61を開放するよ
うに機能し、それによって増加した圧力を補償すると共
に、アクチュエータの他端へと延伸する通路に伸びてい
るキャビテーション防止弁40の開口を介して、アクチュ
エータ20へのさらなる流れを許容する。

バネの力を変化させ、またメータイン弁27及びメータア
ウト弁34と35の領域すなわちランドを変化させることに
より、これらの弁の間のタイミングを制御することがで
きる。従って例えば、メータアウト弁がメータイン弁に
先行するようにタイミングが調節されたとすると、アク
チュエータが駆動されている場合には、メータイン弁が
流れ及び速度を制御する。メータアウト弁の制御でポン
プからの流体を使用せず、重力による加速負荷であるオ
ーバーホール負荷を伴うような配置においては、負荷に
より生成された圧力が、メータアウト弁の制御流及び速
度となる。そのような場合、キャビテーション防止チェ
ック弁39及び40がアクチュエータの供給側へと流体が流
れることを許容し、かくしてオーバーホール負荷モード
即ちオーバーオール負荷状態において、アクチュエータ
を満たすためにポンプ流体が必要でないようにする。

メータアウト弁とメータイン弁の別個の制御という以上
の知識をもとに、特別のアクチュエータの故に遭遇する
ような種類の負荷状態に対応するために、種々の計量配
置を準備することができる。本質的にエネルギー吸収又
は駆動負荷であるような場合、メータアウト弁のバネ及
びランドは、メータアウト弁がメータイン弁が開くより
も前に敏速に開放するように調整される。本質的にオー
バーラン負荷であるような場合には、メータアウト弁は
徐々に、しかしメータイン弁よりは速く開放するように
させられ、かくしてメータアウト弁が主制御を行うよう
にされる。

パイロットライン28及び29の各々の分岐78においては、
メータアウト弁34及び35の各々に隣接して、チェック弁
77が備えられる。チェック弁77は、比較的温かい流体が
通路36の高いタンク圧力から漏出することを得さしめ、
またこれが、パイロットライン28及び29に何のパイロッ
ト圧力も加えられていない場合に、該パイロットライン
28及び29を介して制御装置23及び流体のリザーバへと戻
るように循環することを許容する。パイロットラインに
パリロット圧力が加えられている場合、各々のチェック
弁77が閉鎖して、パイロット圧力をタンクの圧力から切
り離す。

複数のアクチュエータを制御するように連続して設けら
れる弁装置24の一つにおける最大の負荷圧力を検知し、
その最大の圧力を負荷検知可変容量形ポンプ22へと加え
るために、次の構成がなされている。即ち各々の弁装置
24は、ライン81を介して隣接するアクチュエータからの
負荷圧力を受けるシャトル弁80へと延びるライン79を含
んでいる。シャトル弁80は二つの内どちらの圧力が高い
かを検出し、その圧力をライン83を介してシャトル弁82
に加えるように移動する。ライン84が通路32からシャト
ル弁82へと延伸している。シャトル弁82は、どちらの圧
力が高いかを検出し、より高い圧力をポンプ22に加える
ように移動する。このように、連続して設けられた弁装
置の各々はシャトル弁80及び82を組み込んでおり、これ
らのシャトル弁は各弁装置内の圧力を隣接する弁装置の
負荷圧力と比較し、より高い圧力を連続して設けられた
内の隣接する弁装置に伝達し、最終的には最高の負荷圧
力をポンプ22に加える。

負荷検知システムを備えること、及び二つの負荷降下チ
ェック弁たるポペット弁37及び38を備えることは、中立
位置にあるメータイン弁に対して漏出口を提供すること
になる。これによって負荷検知のラインにオリフィスが
必要でないようになり、かくして検知ラインに圧力が結
集する際に負荷からの流れを許容する作動の間に、馬力
の消失がないようにする。また、他のアクチュエータが
作動されているならば、シリンダーのドリフトは生じな
い。さらに、負荷降下チェック弁たるポペット弁37及び
38はスプール51とボア50との間の精密な公差の必要性を
除去する。

このような油圧回路においては、圧力補償及びこれから
生ずる一定の流れは、メータイン弁のスプールをセンタ
リングするようなバネ係数との対比において流体の力を
用いることによって達成されている。しかし圧力補償の
量によっては、圧力降下が通常の負荷検知点から変化す
る場合に、流れに変化を生じさせてしまう。

多くの場合、このような動作は受容できるものであり、
操作をする者はアクチュエータを操作するに当たり、こ
のような流れの変化に気付かないであろう。しかしなが
ら幾つかの場合には、特にモーターへの適用の場合に
は、さらなる正確さが必要とされるのである。

〔本発明による実施例〕

本発明によれば、アクチュエータへのライン中の流体圧
力であって、ポンプからの圧力流体を受けていないもの
がメータイン弁に加えられて、流れを一定に維持する圧
力補償流体の力を助けるための、センタリング力を加え
る。

第５図を参照すると、負荷降下チェック弁たるポペット
弁37及び38は取り除かれている。メータイン弁のスプー
ル51aには、スプール51aの両端部で軸方向室91a及び91b
内を摺動するピン90a及び90bが設けられている。軸方向
室91a及び91bはスプール27aの半径方向の開口92a及び92
bによって、アクチュエータの二つのシリンダポートＡ
及びＢに連結されている。軸方向の通路93aが軸方向室9
1aと91bを結合している。半径方向の負荷検知漏出通路9
4a及び94bが、半径方向の開口92a及び92bよりも軸方向
外方で、スプールに設けられている。

メータイン弁のスプール27aが中立位置にある場合、ポ
ートＡ又はＢのいずれにあるどのような圧力も、開口92
a又は92bを介してピン90a又は90b上に作動し、これらを
外方へと押しやる。かくして負荷圧力を、負荷検知漏出
通路94a又は94b、ライン28又は29、及び制御装置23を介
してタンクへと戻す。

パイロット圧力によりメータイン弁のスプール27aを例
えば図面で左へと移動させると、流れは入口通路26から
シリンダポートＡへと方向付けられ、開口92aは閉じら
れて、ピン90a及び90bの両者はシリンダポートＢの圧力
を受けるようになる。パイロット圧力は負荷を駆動する
シリンダポートＢの圧力よりも常に高いことから、ピン
90bはメータイン弁のスプール27aの底部に保持される。
しかしポートＢにおける圧力はピン90a上に作用し、こ
れを端部キャップまで外方へと押しやる。シリンダポー
トＢの圧力は、一定のパイロット圧力に関しては流れに
比例する。なぜならタンクに対するメータアウト弁の計
量領域即ちランドの領域は一定だからである。センタリ
ング力はかくしてメータイン弁のスプール27a上に働
き、流れを一定に維持するために圧力補償流体の力を助
ける。メータイン弁のスプールを横切る大きな圧力降下
によって流れが増大した場合には、メータアウト弁35を
越えての圧力降下も亦増大する。なぜならランドは一定
だからである。この増大した圧力はピン90a上に作用
し、メータイン弁のスプールをセンタリングし、かくし
て流れを減少せしめて常に実質的に一定であるようにす
るものである。

第６図を参照すると、従来の油圧制御装置においての、
流れに対するメータイン弁のスプールの圧力降下につい
ての一連の曲線から、流れが第７図のもの、即ち本発明
を実施した油圧制御回路の曲線で示されたもののように
は一定でないことが看取されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の油圧装置を示す概略図、第２図は第
１図の装置に用いられるメータイン弁を示す概略図、第
３図は第１図の装置に用いられるメータアウト弁を示す
概略図、第４図はポートリリーフ弁とメータアウト弁を
示す概略図、第５図は本発明を実施した油圧装置の部分
的な概略図、第６図は従来技術の油圧装置の流れ対配送
圧力を示す曲線のグラフ、第７図は本発明を実施した油
圧装置の流れ対配送圧力を示す曲線のグラフである。 20……アクチュエータ、22……ポンプ 23……パイロット制御装置、24……弁装置 27……メータイン弁、27a……スプール 28,29……パイロット制御ライン 34,35……メータアウト弁、36……タンク通路 39,40……キャビテーション防止弁 51a……スプール、90a,90b……ピン 91a,91b……軸方向室 92a,92b……半径方向開口、93a……通路 94a,94b……負荷検知漏出通路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アクチュエータ要素を反対方向に動かすた
めに入口及び出口として交互に機能するように構成され
た向かい合った開口を有する油圧アクチュエータ（20）
と、前記アクチュエータに流体を供給するポンプ（22）と、前記ポンプ（22）からの流体が供給されるメータイン弁
（27）と、前記メータイン弁はパイロット制御されていることと、前記メータイン弁（27）から前記アクチュエータの前記
各々の開口へと延伸する一対のライン（32,33）と、前記メータイン弁（27）の移動方向を制御するために、
前記メータイン弁（27）に対してパイロット圧力で流体
を交互に供給するパイロット制御装置（23）と、前記アクチュエータから出る流れを制御するために、ア
クチュエータの各開口と関連付けられ、前記メータイン
弁（27）とは別個の、且つ独立に作動可能なメータアウ
ト弁手段（34,35）と、前記メータアウト弁手段（34,35）は、パイロット圧力
によりパイロット作動されることとからなる油圧制御装
置において、前記メータイン弁（27）は、パイロット圧力により作動されるよう構成されたスプー
ル（51）と、前記スプールを中立位置へとセンタリングするよう構成
されたバネと、前記スプールは通路（93a）によって連結された少なく
とも一つの軸方向室（91a）をその中に有していること
と、前記軸方向室（91a）の各々で摺動する少なくとも一つ
のピン（90a）と、前記スプールの前記通路は、前記軸方向室と前記ライン
との間で前記アクチュエータへの連絡を提供しているこ
ととからなり、前記ポンプからの圧力流体を有していな
い一つのラインにおいて、前記アクチュエータから前記
メータイン弁へと、流れを一定に維持するため圧力補償
流体の力を助けるセンタリング力を加える方向に圧力を
もたらすことを特徴とする油圧制御装置。
【請求項２】前記通路は半径方向の開口を含んでいる、
特許請求の範囲第１項記載の油圧制御装置。
【請求項３】前記スプールに負荷検知漏出通路（94a）
を含み、該通路は前記メータイン弁スプールが中立位置
にある場合、どのような負荷圧力も前記半径方向の開口
を介して作用して前記ピンを軸方向外方へと押しやり且
つ前記負荷検知漏出通路を介して負荷圧力を漏出するよ
うに前記ピンと組み合わせられている、特許請求の範囲
第２項記載の油圧制御装置。
【請求項４】前記スプールは前記の軸方向室に向かい合
う第二の軸方向室（91b）を有している、特許請求の範
囲第１項から第３項のいずれかに記載の油圧制御装置。
【請求項５】前記第二の軸方向室中の第二のピン（90
b）と、該第二のピンと組み合わせられた第二の半径方
向の開口及び負荷検知漏出通路（94b）とを含む、特許
請求の範囲第４項記載の油圧制御装置。