JPS6182009A - カウンタ−バランス弁の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） このＲ［は、パワーシ□ベルやウィンチ等の負荷の移動
装置に用いたカウンターバランス弁の制ｇｒＪ装ユであ
って、当該負荷の逸走を防止したものである。

（従来の技術） ｍ５図は、従来装器の制御回路で、負荷Ｗを昇降させる
ンリンダＳのロッド側室ｌを、通路２を介して切換弁Ｖ
に接続する一方、ボトム側室３は１通路４を介して切換
弁Ｖに接続している。　　　′そして、上記通路４にカ
ウンターバランス弁Ｃを接続しているが、このカウンタ
ーバランス弁Ｃは、制御弁部５とチェック弁部６とをヱ
要素としている。

上記制御弁部５は、そのパイロット室５ａを設けるとと
もに、このパイロット室５ａは、ダンピッグオリフィス
５ｂを介して前記通路２に連通させている。そして、こ
の制御弁部５は、上記バイロフト室５ａとは反対側に設
けたスプリング７の作用で５通常は閉弁状態を維持する
が、上記パイロ、ト室５ａに作用するパイロット圧が設
定圧以上になったとき、そのパイロット圧に応じてその
開度を制御されるようにしている。

また、上記チェック弁部６は、！、＋７換弁Ｖからボト
ム個室３への油の流れのみを許容する構成にしている。

しかして、切換弁Ｖを図面右側位置に切換えると、ポン
プＰの吐出油が、通路４及びチェック弁部６を経由して
ボトム側室３に供給されるとともに、ロッド側室１の油
はタンクＴに戻るので、シリングＳが動作して当該負荷
Ｗを上昇させる。

また、切換弁Ｖを図面左側位こに切換えると。

ポンプＰの吐出油はロッド側室ｌに供給される七ともに
、この通路２内の圧力がパイロット圧としてダンピング
オリフィス５ｂを介し、パイロット室５ａに作用する。

そして、このパイロット圧が設定圧以上になれば、制御
弁部５が開弁して、上記ボトム側室３内の油をタンクＴ
に戻すので、シリングＳが動作して当該負荷Ｗを下降さ
せる。このように制御弁部５が開弁ずれば、負荷Ｗが下
降するとともに、そのときの下降速度は制御弁部５の開
度に比例する。

結局、上記パイロット圧の大ξさに応じて、制御弁部５
の開度を制御し、ボトム側室３からの戻り流量を規制し
て、当該負荷の自走を防止している。

（本発明が解決しようとする問題点） この従来の装置では１通路２側からパイロット圧を導い
て、＃Ｉ　Ｗ　＊部５の開度を制御するようにしている
ので、ハンチング現象を生じる問題が・あった拳 例えば、上記パイロット圧で制御弁部５を開弁させると
、その瞬間に当該負荷Ｗが急降下するので、ロッド側室
ｌへの油の供給が追従できず、そのために通路２側の圧
力が低下する０通路２側の圧力低下にともなって、バイ
ロフト圧が低くなり、その瞬間に当該制御弁部５が閉弁
作用をする。

このような開弁作用と閉弁作用とを繰り返すことによっ
て、制御弁部５がハンチングを起すが、当該制御弁部が
バイロフト圧の変化に対して＠感に反応すればするほど
、また、負荷Ｗが大きければ大きいほど、上記ハンチン
グが激しくなる。

、　　そこで、上記ダンピングオリフィス５ｂの開口部
活を小さくして、パイロット圧の変化に対する制御弁部
５の応答性を悪くすれば、上記ハンチングをある程度防
止できるが、このダンピングオリフィス５ｂを小さくす
ると、そこにごみがつまりやすくなる、もし、このオリ
フィス５ｂにごみがつまると、バルブ機能が損なわれる
ので、このオリフィス５ｂを小さくするにも限界があり
、そのために上記ハンチング現象を完全に防止すること
ができないという問題があった。

つまり、この従来のカウンターバランス弁は、供給通路
２側の圧力すなわちパイロット圧ＰＩを、制御弁部５の
クララキング圧力Ｐｅｒと等しくするような制御方式を
採用しているために、当該制御弁部５の開度を間接的に
しか制御できない。

しかも、上記パイロット圧Ｐ１の圧力変動が非常に大き
いので、このパイロット圧Ｐ１の変動につられて、　Ｉ
Ｉ御弁部５の開度が変動しやすくなる。

したがって、上記ダンピングオリフィス５ｂをよほど小
さくしないと、そのハンチングを防止できないが、ダン
ピングオリフィス５ｂを小さくするにも、上記したよう
に限界があり、結局、従来のカウンターバランス弁の制
御方式では、ハン升ングを防止できなかった。

この発明は、カウンター負荷が作用するときに供給通路
となる側の圧力とは無関係に、当該カウンターバランス
弁の開度を調整して、ハンチングを防止するようにした
制御装置の提供を目的にする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、上記の目的を達成するために、制御スプー
ルの移動量に応じて制御部の開度を調整するとともに、
この制御部の開度を調整することによって、カウンター
負荷が作用したときの戻り側の流量を制御して負荷の逸
走を防止したカウンターバランス弁の制御装置において
、上記制御スプールは電気アクチェータの入力Ｎ、電気
信号応じて、その移動量が制御される構成にするととも
に、上記カウンター負荷が作用する状況に切換弁を切換
えたときのレバー変位をもとにして油圧アクチェータの
移動速度をＨ算する移動速度演算部と、この移動速度演
算部から出力された速度信号に、カウンター負荷が作用
したとき高圧となる側の油圧アクチェータの受圧面積を
乗じて求めた目標流量信号を入力し、この目標流量信号
をもとにして制御スプールの制御部の目標開度を演算す
る目標開度演算部と、この目標開度演算部から出力され
た１探聞度信号をもとにして制御スプールの目標移動量
を演算する目標移動量演算部と、この目標移動量演算部
から出力された目標移動量信号に係数を乗じて算出した
移動速度信号を入カレ、この移動速度信号を積分して制
御スプールの移動量を算出する積分回路とを備え、制御
スプールの移動量を電気信号として、上記電気アクチェ
ータに入力する構成を採用している。

（本発明の作用） 上記のように＊＊したので、切換弁のし八−の変位を検
出し、そのレバー変位をもとにして制御スプールの制御
部の開度を調整できる。

（本発明の効果） この発明は、切換弁のレバー変位から、制御スプールの
制御部の開度をＸＡ整し、カウンター負荷が作用したと
き、供給通路となる側の圧力とは無ＩＳＯ係に制御が可
能なので、たとえ、上記供給通路側の圧力の変動が激し
くても、ハンチングを防止できる。

また、７１Ｚ気的な制御にしたので、従来のようなダン
ピングオリフィスが不要になり、したがって、ダンピン
グオリフィスの目詰まりを考慮した管理がいらなくなる
。

（本発明の実施例） 第１区はこの発明の回路図、また、第２図は比例ソレノ
イドへの励磁電流によってＦＴ−動するカウンターバラ
ンス弁であり、負荷Ｗを昇降させるシリンダＳのロッド
側室１０を、通路１１を介して切換弁Ｖに接続する一方
、ボトム側室１２には通路１３を接続するとともに、こ
の通路１３にカウンターバランス弁Ｃをｖｃ統するとと
もに、このカウンターバランス弁Ｃの本体１５に第１〜
４ボート１８〜ＩＳを形成している。

そして５．上記第１ボート１日は５通路２０を介して、
上記切換弁Ｖに接続し、第２ポート１７は上記通路１３
に接続するとともに、第３ポート１８はタンクＴに接続
している。ざらに、第４ポー）１９は。

パイロツ）ポンプＰＰに接続している。

この本体１５には、ざらに弁孔２１を形成するとともに
、この弁孔２１の一端を閉塞部材２２でふさぐ一方、他
端には、入力電気信号たる励磁電流に応じてプッンユロ
ッド２３ａのストローク量を制御する’９％アクチェー
タとしての比例ソレノイド２３を設けている。

なお、上記電気アクチェータとしては、比例ソレノイド
のほかに、サーボモータ、ステッピングモータ等が考え
られるとともに、この電気アクチェータへの入力信号と
して、電流のほかに電圧を用いてもよい。

そして、上記弁孔２１には、制御スプールＣ５を内装す
るとともに、この制御スプールＣ５にはパイロットスプ
ールＰＳを摺動自在に内装している。上記制御スプール
Ｃ８は、上記閉塞部材２２側に設けたばね受け２４との
間にスプリング２５を介在させ。

通常は、このスプリング２５の作用で、電気アクチェー
タ２３にＦ：ｉ接して設けたスペーサ２６の端面に接触
させている。

さらに、上記パイコアトスブールＰＳは、ばね受け２４
のロッド部２４ａ先端面との間にスプリング２７を介在
させ、通常は、このパイロ−／　トスブールＰＳが、上
記スペーサ２６の内径に形成した段部２６ａに接触する
ようにしている。

そして、上記パイロ−／　）スプールＰＳの先端、すな
わち、上記スプリング２７とは反対端に、比例ソレノイ
ド２３のブツシュロッド２３ａが作用する関係にしてい
るが、これら両スプールＰＳ及びＣ５の具体的な構成は
次のとおりである。

すなわち、上記制御スプールＣ５は、上記第１ボート１
εと対応する第１環状凹部２８を形成するとともに、こ
の第１環状凹部２８側に向って先細りとなる制御部２９
を形成している。そして、制御スプールＣ３がスプリン
グ２５に抗して移動したとき、その移動位置に応じて制
御部２９が機能し、第１ポーｈｌｌ（と第２ボート１７
との連通時の開度を制御するようにしている。

また、上記第１環状凹部２８以外に、第２環状凹部３０
、第３環状凹部３１を形成するとともに、スペーサ２８
側のパイロット室３３に開放された環状通路３２を形成
している。

上記’ｉ：Ｂ２環状凹部３０は、制御スプールＣ５の移
動位置に関係なく、常に、第３ポート１８に連通ずると
ともに、この環状凹部３０の底部に形成した孔３３を介
して、制御スプールＣ８の中空部３４に連通ずる関係に
している。

また、ｔ５３環状凹凹部１は、同じく制御スプールＣ５
の移動位置に関係なく、常に、第４ポート１９に連通ず
るが、この環状凹部３１の底部に形成した孔３５は、上
記パイロットスプールＰＳの移動位置に応じて開閉する
ようにしている。つまり、両スズールｃｓ、　ｐｓが図
示のノーマル位置にあるとき、上記孔３５がパイロット
スプールＰＳでふさがれるが、バイロフトスプールＰＳ
がスプリング２？に抗して移動すると、この孔３５とパ
イロットスプールＰＳに形成した環状りが３６とが連通
ずる。

さらに、上記環状通路３２は、制御スプールＣ５に形成
の孔３７を介して、上記環状＃ｌ！３Ｂに常時Ｍ’Ａす
る関係にしている。

しかして、上記比例ソレノイド２３を励磁すると、その
入力電気信号に応じてブツシュロフト２３ａのストロー
クするとともに、そのストローク量に応じてパイロット
スプールＰＳを、スプリング２７に抗して移動させる。

このようにパイロットスプールＰＳが移動すると、第３
環状凹部３１と環状溝３６とが連通ずるので、パイロ−
／　）ボンダＰＰからの圧油は、第４ボート１９−第３
環状凹部３１一孔３５−環状満３６→孔３７→環状通路
３２を経由して、バイロフト室３８に流入し、その圧力
が制御スプールＣ５の端面に作用する。

このパイロット圧が作用すると、制御スプールＣ５がス
プリング２５に抗して移動するとともに１Ｍ御ススプー
ルＣ５孔３５がパイロ、トスプールＰｓでふさがれる位
こで停止する。このようにして制御スプールＣ５が停止
した位こに応じて、ｆｆ１ｌボ一ト１日と第２ポー［７
との開度が決まるが、それは結局比例ソレノイド２３の
入力電気信号に比例する。また、励Ｆａ　７；、！Ｒが
低下するとパイロットスプールＰｓは、スプリング２７
の反力とバランスする位置まで後遺し、パイＯ，ト室３
９力号Ｍ通孔３ＢとＭ通するので、パイロット室３９内
の油は連通孔３８−パイロットスプールＰＳ→中空部４
０−制御スプールＣ５の孔３３−環状溝３０→第３ボー
ト１８を介してタンクＴへと短絡する。

つまり、上記制御スプールＣ５は、パイロットスプール
ＰＳに追随して＃動するとともに、制御スプールＣ５が
パイロットスプールＰＳに追いついて、両スプールｃｓ
、　ｐｓが図示の相対関係を維持したときに、当該制御
スプールＣ５が停止するので、この制御スプールＣ５の
移動量は、パイロットスプールＰＳの移ｖＪ量と比例す
る。そして、このパイロットスプールＰＳの移動量は、
上記のようにブツシュロッド２３ａのストロークに比例
するが、このブツシュロフト２３ａのストロークは、比
例ソレノイド２３の入力電気信号に比例するので、当該
制御スプールＣ３の移！０量は、比例ソレノイド２３の
入力電気信号に比例することになる。

いま、切換弁Ｖを図示の中立位置から左側位置に切換え
るとともに、比例ソレノイド２３の入力電気信号を最大
にして１上記制御部２３における開度を最大にすれば、
第１ボート１Ｇと第２ボート１７間は、フリーフローの
状態になる。

したがって、ポンプＰの吐出油は１通路２０→第１ボー
ト１６→第１環状凹部２８→全開状態の制御部２９−第
２ポート１７−４オペレートチエツク弁１４を経由して
、ボトム便室１２に供給されるとともに、ロッド側室１
０の油が通路１１を経由からタンクに戻るので、当該負
荷Ｗが上昇する。

切換弁Ｖを図面左側位置に切換えるとともに。

前記比例ソレノイド２３を励磁させて、上記制御部２９
の開度を定めておけば、その開度に応じて、ボトム側室
１２からの戻り油がタンクＴに戻るので。

上記負荷Ｗが下降する。

そして、この負荷Ｗの下降速度は、制御部２９の開度に
応じて定まるが、その開度は、比例ソレノイド２３の入
力電気信号によって制御される。

この制御部２９の開度を定めるための上記入力電気信号
を制御するのが、第１図に示した電気的な回路である。

この回路には、切換弁Ｖを図面左側位置に切換えるとき
のし八−４０の変位信号Ｘが入力される移動速度演算部
４１を設けているが、この移動速度演算ｇＦ＋４１は上
記変位信号ＸをもとにしてシリンダＳの移動速度を演算
する。つまり、レバー４０の変位に応じて、当該切換弁
Ｖの開度が決まり、そのときのシリンダに対する供給流
量も決まるので、シリンダＳの移動速度は、レバー４０
の変位量の関数として促えることができる。したがって
、上記演算部４１にし八−４０の変位信号Ｘが入力され
れば、それをもとにしてシリンダＳの移動速度を演算し
て速度信号Ｖを出力する。

この演算部４１から出力された速度信号Ｖに、シリンダ
Ｓのボトム側室１２の受圧面績Ａ２を乗じて目標制御流
量頁を算出するとともに、その目標流量信号Ｑを、目標
開度演算部４２に入力する。

この目標開度＠軍部４２には、上記目標流量信号同のほ
かに、ボトム側室１２の圧力信号Ｐ２が入力される。

これら両信号可、Ｐ２をもとにして、制御スプールＣ３
の制御部２３の目標開度ａを、τ＝ζ／　　　　２　ρ
　　によって求める。

このようにして求めた目標開度信号τは、目標変位演算
部４３に入力される。そして、上記制御部２９の目標開
度には、当該制御スプールＣ５の変位の１１ｘｌｌ数と
して捉えられるので、上記目標変位演算部４３では、上
記目標開度ｉをもとにして目標移動量ｙを演算する。

このようにして求めた目標移動量ｙに係数βを乗じて当
該制御スプールＣ５の移動速度ｙを演算し、この移動速
度ｔを積分回路４４で積分して、制御スプールＣＳの移
！ｌ］量ｙを求める。

上記のようにして演算した制御スプールＣ８の移動Ｍｙ
を、アンプ４５を介してカウンターバランス弁Ｃの比例
ソレノイド２３に、ＴｒＬ気信号ｉとして入力し、前記
制御スプールＣ５を制御する。

また、この第１図に示した回路では、上記移動ＭＹをフ
ィードバックして目標移動量ｉと対比させ。

／ヘルプ移動速度？＝（ｙ−ｙ）β を算出するとともに、再びこのバルブ移動速度を積分し
て、パルプ変位ｙを算出するという安定補償回路を構成
する。

しかして、上記切換弁ｖｔ−ｔ−図面左置位置換えると
、ニンジンＥに連結したポンプＰからの吐出油が、シリ
ンダＳのロッド側室１０に供給されるとともに、ボトム
側室１２内の作動油が、カウンターバランス弁Ｃを経由
して、タンクＴに戻る。

このとき、上記切換弁Ｖのレバー４０の変位に応じて、
カウンターバランス弁Ｃの制御スプールＣ８の変位量が
上記のように口て制御され、実質的に制御部２Ｂの開度
も調整されるので、当該シリンダＳにカウンター負荷が
作用しても、それが逸走するような憂いがない。

第３図に示した第２実１！！例は、ニンジンＥの回転数
を検出する検出部４６を設（するとともに、この検出部
４６でエンジンＥの回転信号Ｎと関数（ｆ）によって得
られる係数αを求める。

このようにして求めた係数αを、二次変位演算０４７に
入力するとともに、この二次変位演算部４７で、レバー
変位Ｘと上記係数αとを乗じて、二次変位Ｘ′を求め、
この二次変位Ｘ′を前記移動速度＠３ｉ部４１に入力す
る。

この二次変位Ｘ′をもとにして、制御スプールＣ５の移
動量ｙを求めること前記第１実施例と同様である。

つまり、この第２実旅例は、移動速度演算部４１でエン
ジンＥの回転数に応じたシリンダＳの移動速度Ｖを演算
するようにした点で、上記第１実施例と相違する。

したがって、第１実施例の場合には、エンジンＥの回転
数が最大のときには、レバー４０の全変位領域でシリン
ダＳの移動速度Ｖを求められる。ニンジンの最大回転数
以下の場合には、その回転数に応じてポンプ吐出量も相
違するので、レバー４０の変位ＸとシリンダＳの移動速
度との相関性が変化してくる。そして、当該エンジンＥ
がアイドリング程度の低い回転数の場合には、レバー４
０を変位させても、シリンダの移動速度が変化しない領
域ができてしまう。

しかし、この力２実旅例では、レバー変位Ｘにエンジン
Ｅの回転数Ｎを加味して、当該回転数Ｎの状態における
レバー変位Ｘ′最大状態のシリンダの移動速度Ｖを求め
るようにしたので、レバー変位Ｘの全域における上記移
動速度ｖｔ−演算できる。

なお、この第２実施例では、比較回路４日を設けている
。この比較回路４８には、当該シリンダＳのロッド側室
ｌＯの受圧面積Ａ、と、ボトム側室１２の受圧面積Ａ２
とをあらかじめ記憶させておくとともに、レバー変位信
号Ｘと、ロフト側室ｌＯの圧力Ｐ１及びボトム側室１２
の圧力Ｐ２を入力させるようにしている。

そして、上記レバー変位信号Ｘが入力すると当該比較回
路４８が作動し、Ｐ、ＸＡ、とＰ２ＸＡ２とのいずれが
大きいかを比較する。

そして、ＰＩＡｌ　＜Ｐ２　Ａ２となったとき、換言す
れば、当該シリンダＳにカウンター負荷が作用したとき
、比較回路４日から１２信号を出力してソレノイド弁４
９を開き、リリーフ弁５０の設定圧を低くする。

このようにリリーフ弁５０の設定圧を低くできるので、
カウンター負荷に関係のない圧力作用を小ざくでき、そ
の分ハンチングを防止できるとともに、エネルギーロス
を少なくできる。

また、当該シリンダＳの作動途中から負荷が反転し、そ
れ以後カウンターバランス弁Ｃで負荷制御をする場合、
その負荷が反転するまでは１通路１１側の供給圧が高圧
に維持されるが、負荷が反転した後には、低圧設定とな
Ｔつたりリーフ弁５０によって、当該回路圧は低圧に制
御される。

：ｊ４４図に示した第３実施例は、第２実旅例に自由落
下防止回路５１を付加したものである。

つまり、この自由落下防止回路５１は、切換弁Ｖを左側
位二に＋Ａ換えるべきレバー４０を操作した状態で、し
かもロッド側室１０内の圧力Ｐｌと、リリーフ弁５０の
クラッキング圧力ＰｅｒとがＰ、≦Ｐｃｒの条件にある
とき２すなわち負荷が自由落下する条件にあるとき、比
較器ｃｐが動作して切換部５２を切換える。切換部５２
が切換わると、上記ロフト側室１０の圧力Ｐ、とクラッ
キング圧力Ｐｃｒとの差（ＰＩ−Ｐｃｒ）に係数αを乗
じて、制御スプールＣ５の移動速度ｙを減じ、前記制御
部２９の開口面積をさらに小さくするように、比例ソレ
ノイドに対する電気信号を制御するようにしている。

【図面の簡単な説明】

図面ｔ５１図は第１実施例の回路図、第２図は同じくカ
ウンターバランス弁の断面図、第３図は第２実旅例の回
路図、第４図は第３実施例の回路図、第５図は従来の回
路図である。 Ｓ・・・油圧アクチェータとしてのシリンダ、■・・・
切換弁、Ｃ・・・カウンターバランス弁、２３・・・電
気アクチェータとしての比例ソレノイド、Ｃ５・・・制
御スプール、２８・・・制御部、４０・・−レバー、４
１・−・移動速度演算部、４２−・目標開度演算部、４
３・・・目標移動量波π部、４４・・・積分回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　制御スプールの移動量に応じて制御部の開度を調整す
   るとともに、この制御部の開度を調整することによって
   、カウンター負荷が作用したときの戻り側の流量を制御
   して負荷の逸走を防止したカウンターバランス弁の制御
   装置において、上記制御スプールは電気アクチェータの
   入力電気信号に応じて、その移動量が制御される構成に
   するとともに、上記カウンター負荷が作用する状況に切
   換弁を切換えたときのレバー変位をもとにして油圧アク
   チェータの移動速度を演算する移動速度演算部と、この
   移動速度演算部から出力された速度信号に、カウンター
   負荷が作用したとき高圧となる側の油圧アクチェータの
   受圧面積を乗じて求めた目標流量信号を入力し、この目
   標流量信号をもとにして制御スプールの制御部の目標開
   度を演算する目標開度演算部と、この目標開度演算部か
   ら出力された目標開度信号をもとにして制御スプールの
   目標移動量を演算する目標移動量演算部と、この目標移
   動量演算部から出力された目標移動量信号に係数を乗じ
   て算出した移動速度信号を入力し、この移動速度信号を
   積分して制御スプールの移動量を算出する積分回路とを
   備え、制御スプールの移動量を電気信号として、上記電
   気アクチェータに入力することを特徴とするカウンター
   バランス弁の制御装置。