JPH0988901A - ポンプ傾転角制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インチング性能の改善と通常操作性の向上との
相反するオペレータ要求を満たせるようにする。 【解決手段】アクチュエータ３と可変ポンプ１を接続す
る駆動回路２０に可変絞り２を介装し、可変ポンプ１の
傾転角を作動圧に応じて調整するレギュレータピストン
４ａ，４ｂと、可変絞り２の上流側と下流側の差圧に応
じてこれを設定差圧に保つようにレギュレータピストン
４ａの作動圧を制御するロードセンシングバルブ５を備
える。ロードセンシングバルブ５に差圧設定用の受圧部
３２を設け、ポンプ傾転角のフィードバックを受けて圧
縮されるスプリング７ａのバネ力に応じた２次圧を出力
する減圧弁７と、外部信号に応じた２次圧を出力する電
磁減圧弁６と、これら減圧弁７，６の１次圧を供給する
制御用ポンプ８と、減圧弁７と電磁減圧弁６との２次圧
の高い方を選択してロードセンシングバルブ５の受圧部
３２に導くシャトル弁１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、油圧シャベルな
ど建設機械への使用に適するロードセンシングシステム
のポンプ傾転角制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧シャベルなどのアクチュエータに可
変ポンプを配管接続し、その途中に可変絞りを備える駆
動回路において、ポンプの動力損失を小さく抑えるた
め、可変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整するレギ
ュレータピストンと、可変絞りの上流側と下流側の差圧
に応じてこれを設定差圧に保つようにレギュレータピス
トンの作動圧を制御するロードセンシングバルブを設
け、アクチュエータへの必要量に応じて可変ポンプの吐
出量を調整するようにしたものが知られてる。

【０００３】このようなロードセンシングシステムにお
いて、アクチュエータの微量操作性（いわゆる、インチ
ング性能）を高めるため、ロードセンシングバルブの差
圧設定に可変ポンプの傾転角をフィードバックするよう
にしたものや、ロードセンシングバルブの設定差圧を外
部信号に応じて電気的または油圧的に変化させるように
したものがある（特開昭５８ー１４３１８７号公報，特
開平３ー７４６０５号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者で
はポンプ傾転角が変位すると、ロードセンシングバルブ
の設定差圧が必ず変化するため、オペレータのレバー操
作量（可変絞りの開度）とポンプ吐出量の間に１次的な
比例関係が成り立たず、通常モード時においてはオペレ
ータに違和感を与えるという問題点があった。また、ロ
ードセンシングバルブの設定差圧にメカニカルな連動機
構を介してポンプ傾転角をフィードバックするため、そ
の連動機構の各部品の寸法公差やガタおよび使用中の摩
耗などの影響を受けやすく、その調整も難しいという不
具合があった。

【０００５】後者では外部信号でロードセンシングバル
ブの設定スプリングに対抗して差圧を変えることによ
り、可変絞りの開度に比例するアクチュエータへの流量
特性がインチングモードと通常モードとに切り替わるよ
うになっているが、インチングモード時に何らかのトラ
ブルで外部信号が途絶えると、ロードセンシングバルブ
の制御特性が差圧の大きい通常モードに戻るため、アク
チュエータの動作速度が急に増加するという問題点があ
った。

【０００６】この発明はこのような問題点を解決するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明では、アクチュ
エータと可変ポンプを接続するメイン回路に可変絞りを
介装し、可変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整する
レギュレータピストンと、可変絞りの上流側と下流側の
差圧に応じてこれを設定差圧に保つようにレギュレータ
ピストンの作動圧を制御するロードセンシングバルブを
備えるポンプ傾転角制御装置において、ロードセンシン
グバルブに差圧設定用の受圧部を設け、ポンプ傾転角の
フィードバックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力
に応じた２次圧を出力する減圧弁と、外部信号に応じた
２次圧を出力する電磁減圧弁と、これら減圧弁の１次圧
を供給する制御用ポンプと、減圧弁と電磁減圧弁との２
次圧の高い方を選択してロードセンシングバルブの差圧
設定用の受圧部に導くシャトル弁を設ける。

【０００８】

【作用】可変ポンプの吐出油は、可変絞りを通して流
れ、その流量に応じた速度でアクチュエータを動作させ
る。このとき、可変絞りの上流側と下流側に差圧が発生
し、ロードセンシングバルブに作用する。ロードセンシ
ングバルブはレギュレータピストンの作動圧を制御し、
可変絞りの前後差圧を設定差圧に保つようにポンプ傾転
角を調整する。

【０００９】制御用ポンプの吐出油は、電磁減圧弁と減
圧弁の１次圧として供給される。電磁減圧弁は外部信号
に応じた２次圧を出力し、減圧弁はポンプ傾転角のフィ
ードバックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力に応
じた２次圧を出力する。そして、これら２次圧の高い方
がシャトル弁を介してロードセンシングバルブの差圧設
定用の受圧部に作用する。

【００１０】減圧弁のスプリングをインチングモードに
適合するバネ定数に設定し、電磁減圧弁の外部信号を通
常モードに適合する電流値に設定すると、通常モード時
は電磁減圧弁を作動させるとその２次圧が選択され、ロ
ードセンシングバルブの設定差圧を大きくする。そのた
め、可変絞りの流量が増加するので、アクチュエータは
それだけ速く動作する。また、外部信号により電磁減圧
弁の２次圧を一定に制御すると、可変絞りの開度に比例
するアクチュエータへの流量特性が得られるので、オペ
レータは何ら違和感なく、絞り開度の操作を行えること
になる。

【００１１】電磁減圧弁の作動をオフすると、減圧弁の
２次圧がシャトル弁を介してロードセンシングバルブに
導かれ、その設定差圧を小さくする。そのため、ポンプ
吐出量が減少するため、可変絞りの開度変化に対して、
アクチュエータへの流量変化が少なくなる。しかも、ロ
ードセンシングバルブの設定差圧にポンプ傾転角が減圧
弁の２次圧を介してフィードバックされるため、小流量
時の絞り抵抗に伴う圧力損失を低減しつつ、良好なイン
チング性能を確保できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１において、３は油圧シャベル
などを駆動するアクチュエータ、１は斜板の傾転角に応
じて吐出量が変化する可変ポンプで、これらは駆動回路
２０を介して接続され、その回路途中にレバー操作可能
な可変絞り２が介装される。ポンプ１の吐出量を制御す
るため、斜板の制御棒１ａに逆向きに作動する第１のレ
ギュレータピストン４ａと第２のレギュレータピストン
４ｂがそれぞれ連結される。

【００１３】第１のレギュレータピストン４ａにロード
センシングバルブ５から制御圧が導かれ、第２のレギュ
レータピストン４ｂに駆動回路２０の可変絞り２上流か
らポンプ吐出圧が導かれ、これら駆動力がバランスする
位置に斜板の制御棒１ａを変位させる。なお、第１のレ
ギュレータピストン４ａの受圧面積は、第２のレギュレ
ータピストン４ｂの受圧面積より大きく設定される。

【００１４】ロードセンシングバルブ５は一端に駆動回
路２０の可変絞り２上流からポンプ吐出圧が導かれ、他
端に同じく可変絞り下流から負荷圧が導かれ、これらの
差圧に対抗するスプリング５ａが備えられる。また、後
述する回路２１を通して信号圧が導かれ、ロードセンシ
ングバルブ５はこれらの圧力およびスプリング５ａのバ
ランスする位置に制御され、その位置に応じてレギュレ
ータピストン４ａの作動圧を調整する。

【００１５】信号圧回路２１にはスプリング７ａのバネ
力に応じた２次圧を出力する減圧弁７と、外部信号に応
じた２次圧を出力する電磁減圧弁６が並列に介装され、
これら減圧弁７，６の１次圧として吐出圧を供給する制
御用ポンプ８と、これら２次圧の高い方を選択してロー
ドセンシングバルブ５に導くシャトル弁１０が設けられ
る。

【００１６】減圧弁７は２次側のパイロット圧に対抗す
るスプリング７ａの設定荷重に応じて開度が制御され、
余剰油をタンク１２へ逃がすもので、スプリング７ａに
レバー１３を介して第１のレギュレータピストン４ａが
連結され、そのピストン変位に応じて支点１３ａを中心
にレバー１３が回動し、スプリング７ａのバネ力を変化
させることにより、ポンプ傾転角が小さいほどスプリン
グ７ａが弱くなり、可変絞り２の差圧が小さくなる。電
磁減圧弁６は信号電流に応じて作動するソレノイド６ａ
を備えるもので、２次側のパイロット圧に対抗するソレ
ノイド６ａの励磁力に応じて開度が制御され、余剰油を
タンク１２へ逃がすようになっている。

【００１７】なお、減圧弁７には負荷圧の変動に対する
応答遅れに起因するハンチング現象を抑制するため、２
次側のパイロット圧を絞るオリフィス９が設けられる。
１１は減圧弁７および電磁減圧弁６の１次圧を制限する
リリーフ弁を示す。

【００１８】ロードセンシングバルブ５についてその具
体的な構成を説明すると、図２のようにバルブボデイ３
０にスプール３１とパイロットプランジャ３２を備え
る。スプール３１はスリーブ３３内を摺動自由に挿入さ
れ、ポンプ吐出圧とスプリング５ａおよびパイロットプ
ランジャ３２を介して作用する負荷圧と信号圧とのバラ
ンスする位置に変位し、第１のレギュレータピストン４
ａ側へのポート３４に駆動回路２０の可変絞り２上流側
へのポート３５とタンク１２側へのポート３６を選択的
に接続する。スプール３１の一端側に油室３７が形成さ
れ、駆動回路２０の可変絞り２上流からポンプ吐出圧が
油室３７に導かれる。スプール３１の他端側にバネ室３
８が形成され、スプール３１をポンプ吐出圧に対抗して
付勢するスプリング５ａが収装される。

【００１９】パイロットプランジャ３２は大径部３２ａ
と小径部３２ｂとから形成され、バネ室３８の密閉する
プラグ３９に同軸方向へ摺動自由に支持される。プラン
ジャ３２の中間段差面に臨む油室４０と小径部３２ｂ側
の後端面に臨む油室４１が形成され、油室４１に駆動回
路２０の可変絞り２下流の負荷圧が導かれ、油室４０に
シャトル弁１０の選択する信号圧が導かれ、パイロット
プランジャ３２はこれらの圧力を受けてポンプ吐出圧に
対抗する押圧力をスプール３１に及ぼす。４２はスプー
ル３１側の油室３７を密閉するプラグ、４４はポート３
５からポンプ吐出圧を油室３７に導く通路、４３はバネ
室３８の油をタンク１２に戻すドレンを示す。

【００２０】このような構成により、可変ポンプ１の吐
出油が可変絞り２を通してアクチュエータ３へ流れる
と、可変絞り２の上流側と下流側に差圧が発生し、ロー
ドセンシングバルブ５に作用する。ポンプ吐出圧が負荷
圧とスプリング５ａおよび信号圧との総和よりも大きく
なると、ロードセンシングバルブ５はＡポジションに切
り替わり、第１のレギュレータピストン４ａの作動圧を
ポンプ吐出圧まで上昇させる。第２のレギュレータピス
トン４ｂと第１のレギュレータピストン４ａが同圧にな
ると、その受圧面積差に基づく駆動力により、第１のレ
ギュレータピストン４ａが第２のレギュレータピストン
４ｂを押し戻しながら、斜板の制御棒１ａをポンプ吐出
量の減少方向に変位させる。

【００２１】可変ポンプ１の吐出量が減少し、ポンプ吐
出圧が負荷圧とスプリング５ａおよび信号圧との総和よ
りも小さくなると、ロードセンシングバルブ５はＢポジ
ションに切り替わり、第１のレギュレータピストン４ａ
の作動圧をタンク１２に開放する。そのため、第２のレ
ギュレータピストン４ｂが第１のレギュレータピストン
４ａを押し戻しながら、斜板の制御棒１ａをポンプ吐出
量の増加方向に変位させる。

【００２２】このような制御により、可変絞り２の前後
差圧はロードセンシングバルブ５の設定差圧に調整さ
れ、可変絞り２のレバー操作量に応じてアクチュエータ
３への流量を増減することが可能になる。ロードセンシ
ングバルブ５に作用する差圧の設定はスプリング５ａと
信号圧に依存する。この設定差圧を変更するため、信号
圧回路２１に減圧弁７と電磁減圧弁６が並列に設けら
れ、制御用ポンプ８から減圧弁７および電磁減圧弁６の
１次圧が供給され、これら２次圧の高い方がシャトル弁
１０を介して選択され、信号圧としてロードセンシング
バルブ５に導かれる。

【００２３】減圧弁７のスプリング７ａをインチングモ
ードに適合するバネ定数に設定し、電磁減圧弁６のソレ
ノイド６ａに対する外部信号を通常モードに適合する電
流値に設定すると、電磁減圧弁６の２次圧が減圧弁７の
２次圧よりも高いため、通常モード時は電磁減圧弁６の
２次圧が選択され、ロードセンシングバルブ５の設定差
圧を大きくする。そのため、同一開度に対する可変絞り
２の流量が増加するので、アクチュエータ３はそれだけ
速く動作する。外部信号により電磁減圧弁６の２次圧を
一定の高レベルに制御すると、図３の直線Ａで表すよう
なアクチュエータ３への流量特性が得られるので、レバ
ー操作に連動する絞り開度に１次的に比例した流量とな
り、オペレータは何ら違和感ない操作感が得られる。

【００２４】電磁減圧弁６の作動をオフすると、減圧弁
７の２次圧がシャトル弁１０を介してロードセンシング
バルブ５に導かれ、その設定差圧を小さくする。そのた
め、可変絞り２の流量が減少し、その絞り開度のレバー
操作量に対する流量変化も少なくなる。ロードセンシン
グバルブ５の設定差圧にポンプ傾転角が減圧弁７の２次
圧を介してフィードバックされるため、図３の曲線Ｂで
表すようなアクチュエータ３への流量特性が得られる。
つまり、絞り開度が小さいときは差圧が小さくなるよう
にフィードバックされるので、小流量時の絞り抵抗に伴
う圧力損失を低減しつつ、良好なインチング性能を確保
できる。

【００２５】この場合、電磁減圧弁６の外部信号をオン
ーオフ的に制御することにより、インチングモードと通
常モードとに選択可能になり、通常モード時の外部信号
が途絶えても、減圧弁７の２次圧でバックアップされる
ため、ロードセンシングバルブ５の設定差圧がゼロに落
ち、アクチュエータ３への流量が急減するようなことは
なく、外部信号に対する良好なフェールセーフ機能を確
保できる。

【００２６】ポンプ傾転角をロードセンシングバルブ５
の設定差圧にフィードバックするのも減圧弁７の２次圧
に拠るため、メカニカルなフィードバック機構のように
ロードセンシングバルブ５の配置に制約されるというこ
とはなく、レイアウトの自由度が拡大するというメリッ
トが得られる。また、減圧弁７のスプリング７ａのバネ
定数を変えることにより、可変絞り２を交換しなくて
も、その開度特性を変更できるので、実機マッチング調
整も容易に行える。なお、電磁減圧弁６への信号電流値
を任意に選択可能にすると、ロードセンシングバルブ５
の設定差圧の調整範囲をさらに拡大できる。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、アクチュエータと可
変ポンプを接続するメイン回路に可変絞りを介装し、可
変ポンプの傾転角を作動圧に応じて調整するレギュレー
タピストンと、可変絞りの上流側と下流側の差圧に応じ
てこれを設定差圧に保つようにレギュレータピストンの
作動圧を制御するロードセンシングバルブを備えるポン
プ傾転角制御装置において、ロードセンシングバルブに
差圧設定用の受圧部を設け、ポンプ傾転角のフィードバ
ックを受けて圧縮されるスプリングのバネ力に応じた２
次圧を出力する減圧弁と、外部信号に応じた２次圧を出
力する電磁減圧弁と、これら減圧弁の１次圧を供給する
制御用ポンプと、減圧弁と電磁減圧弁との２次圧の高い
方を選択してロードセンシングバルブの差圧設定用の受
圧部に導くシャトル弁を設けたので、ポンプ傾転角すな
わち流量に応じて変化する設定差圧に基づく流量特性と
外部信号に応じた一定の設定差圧に基づく流量特性とを
任意に選択できる。

【００２８】また、減圧弁の２次圧をインチングモード
に適合する低めの設定にし、電磁減圧弁の２次圧を通常
モードに適合する高めの設定にすると、電磁減圧弁を作
動させることにより、通常モード時に電磁減圧弁の２次
圧が選択され、電磁減圧弁の作動を停止することによ
り、インチングモード時に減圧弁の２次圧が選択される
ようになり、インチング性能の改善と通常操作性の向上
との相反するオペレータ要求を満すことが可能になる。
また、外部信号が何らかのトラブルで途絶えても、減圧
弁の２次圧でロードセンシングバルブの設定差圧がバッ
クアップされるため、外部信号に対するフェールセーフ
機能も確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態を表す構成図である。

【図２】同じくロードセンシングバルブの要部断面図で
ある。

【図３】アクチュエータへの流量特性図である。

【符号の説明】

１ 可変ポンプ ２ 可変絞り ３ アクチュエータ ４ａ 第１のレギュレータピストン ４ｂ 第２のレギュレータピストン ５ ロードセンシングバルブ ５ａ スプリング ６ 電磁減圧弁 ６ａ ソレノイド ７ 減圧弁 ７ａ スプリング ８ 制御用ポンプ ９ オリフィス １０ シャトル弁 １１ リリーフ弁 １２ タンク ３１ スプール ３２ パイロットプランジャ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アクチュエータと可変ポンプを接続する駆
   動回路に可変絞りを介装し、可変ポンプの傾転角を作動
   圧に応じて調整するレギュレータピストンと、可変絞り
   の上流側と下流側の差圧に応じてこれを設定差圧に保つ
   ようにレギュレータピストンの作動圧を制御するロード
   センシングバルブを備えるポンプ傾転角制御装置におい
   て、ロードセンシングバルブに差圧設定用の受圧部を設
   け、ポンプ傾転角のフィードバックを受けて圧縮される
   スプリングのバネ力に応じた２次圧を出力する減圧弁
   と、外部信号に応じた２次圧を出力する電磁減圧弁と、
   これら減圧弁の１次圧を供給する制御用ポンプと、減圧
   弁と電磁減圧弁との２次圧の高い方を選択してロードセ
   ンシングバルブの差圧設定用の受圧部に導くシャトル弁
   を設けたことを特徴とするポンプ傾転角制御装置。