JPS624903A - 油圧シリンダの負荷反転補償回路 - 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） この発明は、駆動源に片ロッド型の油圧シリンダを用い
目、つ「水切り」　（水中から水面上に、あるいは逆の
昇降動作をいう。以下向し）時等において負荷が反転す
る昇降装置、例えば浚渫機、クレーン等に使用される昇
降装置の油圧回路に用いられる負荷反転補償回路に関す
る。

（従来技術及び発明が解決しようとする問題点）駆動源
に油圧シリンダを用いた昇降装置を具備する浚渫機、ク
レーン等特に大型のものには、駆動力を小さくして省エ
ネルギー化を図るため、荷重側と反対側にカウンタウェ
イトを装着することがある。

また、上記浚渫あるいは「水切り」を含む昇降作業にお
いては、水中では浮力が働（ため、水中と水上では吊下
げている物体の重さが変化する。

そのため、吊下げている物体を水中から水上に１水切り
」する際に、上記カウンタウェイ］・に起因して、駆動
源である油圧シリンダに水中とは逆の方向の負荷が働く
こととなる。この場合に、上記油圧シリンダ部分では、
ピストンの移動方向はそのままの状態で、ロッド側とヘ
ッド側で高圧側（負荷が作用する側）が反転する。

ところで、大型の昇険装置においては両ロフト型の油圧
シリンダは伸縮行程が大きくなり過ぎるため、上記油圧
シリンダには専ら片ロソ「型のものが用いられる。しか
し、片ロソ［型の油圧シリンダを用いた場合には、該油
圧シリンダのロソｌ゛側がロッドの断面積分だけ小さく
なるため日ソ１−側とヘッド側とのシリンダ内の空間断
面積が異なる。従って、ピストンが所定距離移動すると
、日ソ１−側とヘッド側のポートから出入りする圧油（
圧力の作用している油をいう。以下同し）及び油（圧力
の作用していない油をいう。以下同じ）の容量器」上記
各々の空間断面積に比例した差異を有する。

従来、この種の片ロツド型の油圧シリンダを用い「水切
り」動作を含む油圧装置として、第２図〜第４図に示す
ような油圧回路を具備し７たクレーンがあった。以下、
かかるクレーンの油圧回路につい−ζ説明する。

第２図はクロースト回路の場合で、第２図において、１
０１は片ロツド式油圧シリンダを示し、該油圧シリンダ
１０１のヘソ［側油室１０１ｄは管路１０４で併置され
た可逆式可変ポンプ１０２　、１０３の一方のポートと
接続され、また油圧シリンダ１０１のロノ［′側油室１
０１ｂは管路１０５で併置された可逆式可変ポンプＨ１
２，１０３の他方のポートと接続され、全体としてクロ
ースト回路を構成している。

また、１０６は油圧ポンプ１０２．１０３に付属したチ
ェック弁、１０７．１０７　　’はタンク１０８から前
記の管路１０４．１０５への流入のみを許容するチェッ
ク弁である。１０９はピストンロソＩ用旧Ｃの先端に固
着されたフレーム］０１ｄに取付られたカウンタウェイ
ト、１０’は滑車、１１“εＪワ・イヤ、１２’はクレ
ーンのブー１１、＋４’はへケソｉ、ｌ］４はフラソシ
ングハルブである。前記油圧シリンダ１０１の日ノ１側
とヘソ］゛側との空間断面積の比率はほぼ１対２に構成
されている。

しかして、ハケソ目４′を巻下げるとき、油圧ポンプ１
０２．１０３から吐出された油は管路１０４を介して油
圧シリンダ１０１のヘッド側油室］０１ａに導かれ、ロ
ッド側油室１０１ｂから排出された油は油圧ポンプ１０
２．１０３に還流する。この巻下げ時においてバケット
１４’が水Ｆ（空中）にある場合は、バケット１４′の
方がカウンタウェイ目０９より重いからピストンロッド
ｌ０１ｃは図の上方へ引張られる。このとき油圧ポンプ
１０２．１０３はロッド側油室１０１ｂおよび管路１０
５に制動圧を生じさせるだけの容量（小容量）に制御さ
れており、管路１０５に生じた制動圧によってへゲット
１４′の失速は防止される。油圧ポンプ１０２．１０３
から排出された油は再び油圧シリンダ１０１のヘッド側
油室１０１ａに導かれるが、この油量はロッド側油室１
０１ｂから還流した油量に等しいため、ヘッド側油室１
０１ａの容量増加分を充足することができない。不足分
の油量はチェック弁１０７を介してタンク１０８より補
給される。

また、バケット１４“が水中に入ると浮力の作用により
カウンタウェイト１０９の方が、へゲット１４′の重さ
より大きくなって負荷が反転する。

即ち、油圧シリンダのヘット側油室１０１ａおよび管路
１０４が高圧、ロッド側油室１０１ｂおよび管路１０５
が低圧となる。この負荷反転時、油圧ポンプ１０２．１
０３は小容量に設定されているため、負荷反転の当初に
おいてバケットＩ４“の巻−ドげ速度は一時的に低下す
るが、次ぎのようにして補正される。即ち、巻下げ速度
はワイヤーの滑車１０１部分に装着した回転検出器１５
によって検出されており、この検出された速度と指令速
度との間に差が生じている場合には仕較器より偏差信号
が出力される。この偏差信号は比例積分調節計１６およ
びアンプ１７を介して油圧ポンプ１０２．１０３のサー
ボ機構に伝達され、油圧ポンプ１０２．１０３の一回転
当たりの排出量を増大・ｕしぬる。

このため、油圧シリンダ１０１のヘッド側油室１０１ａ
に供給される油量が増加し、を下げ速度が負荷反転前の
巻下げ速度と等しくなるよう制御される。この場合にも
ロット側油室１０１ｂから油圧ポンプ１０２　、＋０３
に還流される油量は増加しないから不足分の油尾番、１
油圧ポンプにイ・１設したチェック弁１０６を介してタ
ンクより吸入される。

巻トげの場合も同様に制御される。

しかしながら、ｌ１記の従来技術の場合、速度変化を検
出して油圧ポンプのｉｌ＋出量を変えることにより速度
補正するので応答性に優れた制御装置を必要とし、従っ
て価格的に高価となる欠点があった。また、応答性に優
れた制御装置を具備しても、負荷反転時における若干の
速度変化は避けることができなという欠点があった。

また、オープン回路の場合には第３図に図示するように
、ワイヤの滑車１０′部分に回転検出器１５を装着し、
該検出器Ｉ５により検出した値をアンプ１７を介して電
磁比例方向制御弁１つに接続し、該電磁比例方向制御弁
１９のスプールを変化させて吐出側の圧油に背圧を与え
ることにより、油圧シリンダの伸縮速度を一定に維持し
ていた。

しかし、この場合には上記クローズド回路の場合と同様
の欠点の他に、圧油の流れを制御弁の絞り効果（背圧）
で吸収するため動力）員失が大きい。特に、大型の昇降
装置の場合には−１−起動力損失は大きな問題となる。

また、比較的小容量の油圧シリンダの場合には、第４図
に図示するように、上記電磁比例方向制御弁に換えてカ
ウンタバランス弁２０を油圧回路に設けて、該カウンタ
バランス弁で背圧を与えることにより、油圧シリンダの
伸縮速度を一定に維持していた。しかし、油圧シリンダ
が大容量になると、それに応したカウンタバランス弁の
製作が困難で、製作できても所望の性能（応答性、安定
性）を得るごとが非常に難しく、また上記同様カウンタ
バランス弁の絞り効果（背圧）で吸収するため動力Ｉ１
失が大きい。

この発明はに記現況のもとになされたもので、構造がシ
ンプルで、安価で、省エネルキーの点で優れ、また高い
作動の安定性を有し、ｉ」つ油圧シリンダの伸縮速度を
一定にする負荷反転補償回路を提供することを目的とす
る。

（問題を解決するための手段） この発明にかかる負荷反転補償回路は、第１油圧ポンプ
の一方のボーｌと油圧シリンダのヘッド側のポートを接
続するとともに第１油圧ポンプの他方のポートと油圧シ
リンダのロット側のポートとを接続してクローズド回路
を構成し、上記第１油圧ポンプの一方のポートと油圧シ
リンダのヘット側を接続する流路に第２油圧ポンプの一
方のポートを接続するとともに該第２油圧ポンプの他方
のポートを油圧タンクに接続し、」−記第１油圧ポンプ
の吐出量を一定にした場合に、上記第２油圧ポンプの吐
出量を上記油圧シリンダのヘソ［側とロット側の単位時
間当たりの吐出量の差に相当する吐出量に設定すること
により、負荷反転にかかわらず油圧シリンダの伸縮速度
を一定に維持するよう構成したことを特徴とする。

（作用） しかして、上記構成を有する負荷反転補償回路は以下の
ように作用する。即ら、ロソ「側で負荷を受けて、油圧
シリンダのピストンがＬ１ソド側に移動する場合（空中
での巻下げ時）、ロット側から吐出する圧油は外部の負
荷（バケットの重量）により与圧され、該圧力は第１油
圧ポンプで吸収され、一方線油圧シリンタのピストンの
ロット側への移動に伴って、ヘット側空間は低圧になり
、該空間には、−上記第１油圧ポンプで負荷の吸収され
た油及び第２油圧ポンプを介して油圧タンクより　（１
−（ＡＩ／Ａ１１））　Ｗの量の油が供給される。（こ
こで、Ａｈ：油圧シリンダ内のヘット側空間断面積、Ａ
１：油圧シリンダ内のロット側空間断面積、Ｗ：第１油
圧ポンプおよび第２油圧ポンプの合計供給量をいう。

以下同じ）。かかる際、油圧シリンダの負荷かロット側
からヘット側に反転すると、第１油圧ポンプと第２油圧
ポンプから吐出した圧油が上記油圧シリンダのヘン１側
ポートに供給され、その供給量Ｗに応してピストンが移
動し、該ピストンの移動に伴って日ソ１−側のボー１か
ら（Ａｔ／＾ｈ）　Ｗの量の油がい１出し、該吐出した
油は第１油圧ポンプに還流して、再び油圧シリンダのヘ
ッド側ポートに供給される。そして、第２油圧ポンプか
らは、［１−（ＡＩ／Ａｈ）　）　Ｗの量の圧油が、上
記第１油圧ポンプの圧油と共に、油圧シリンダのヘット
′側ポートに供給される。

また、ヘッド側で負荷を受けて、油圧シリンダのピスト
ンがヘット側に移動する場合（水中での巻上げ時）には
、ヘット側から吐出する圧油は外部の負荷により与圧さ
れ、該圧力は第１油圧ポンプ及び第２油圧ポンプで吸収
され、一方油圧シリンダのロッド側には、該油圧シリン
ダのピストンのヘット側への移動に伴って、油圧シリン
ダ内のロッド側空間は低圧になり、該空間には、上記第
１油圧ポンプで負荷の吸収された油が供給される。かか
る際、油圧シリンダの負荷がヘッド側からロット側に反
転すると、第１油圧ポンプから吐出した圧油が−に配油
圧シリンダのロッド側ポートに供給され、その供給量Ｗ
°に応して該油圧シリンダのピストンが移動し、該ピス
トンの移動に伴ってヘット側のポー１から（Ａｈ／ＡＩ
）　Ｗ　’の量の油がｌｊｌ出し、該Ｉｌｌ出した一部
の油（Ｗｌ）が第１油ｌ「ポンプに還流し加圧されて再
び油圧シリンダの「Ｊソト側ポートに供給されるされる
とともに、残りの油（（Ａｈ／八ｌへ１）Ｗ’）が第２
油圧ポンプから油圧タンクに吐出する。

以上説明のように、二つの油圧ポンプにより、油圧シリ
ンダへの圧油あるいは油の供給Ｍ及び油圧シリンダから
の吐出量を調節して、油圧シリンダの伸縮速度を一定に
維持する。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明にかかる実施例の負荷反転補償回路の構
成を示す回路図である。

図において、１は片ロツド型の油圧シリンダ、２は可逆
可変型の第１油圧ポンプ、３は可逆可変型の第２油圧ポ
ンプ、４ば重力式のカウンタウェイト、５は高圧倒選択
用チェック弁、６はリリーフ弁、７は補給用チェック弁
、８は油圧タンクである。

そして、第１油圧ポンプ２の一方のポート２ａと油圧シ
リンダｌのヘッド側のポート１ａを管路Ａで接続すると
ともに、第１油圧ポンプの他方のポート２ｂと油圧シリ
ンダｌのロッド側のポーＨｂとを管路Ｂで接続してクロ
ーズド回路を構成する。そして、上記管路Ａに分岐・合
流部＾１を設け、かかる分岐・合流部Ａ１と第２油圧ポ
ンプ３の一方のポート３ａを管路Ｃで接続し、上記第２
油圧ポンプ３の他方のポー）３ｂと油圧タンク８を管路
りで接続する。また、上記管路Ａ及びＢに分岐・合流部
へ２及び旧を設け、かかる分岐・合流部Ａ２及び旧を二
つの高圧側選択チェック弁５を介して管路Ｅで接続する
。−に起重つのチェック弁５は、各々の分岐・合流部Ａ
２、Ｂ１からの圧油を受は入れるように作用するよう相
対向して配設されている。そして、上起重つのチェック
弁５の間に分岐・合流部Ｅ１を設け、該う）岐・合流部
Ｅ１と油圧タンク８とをリリーフ弁６を介して管路Ｆで
接続する。また、」−配管路Ａ及びＢに分岐・合流部＾
３、Ｂ２を設け、該分岐・合流部へ３、Ｂ２と油圧タン
ク８を、補給用チェック弁７を介して接続する。上記チ
ェック弁７は、管路Ａに油を供給するように配設する。

尚、上記油圧シリンダ１のロット′１＾は、その先端部
で動滑車９の枠体と連結され、該動滑車９は定滑車ＩＯ
に対して一ト下動可能に構成され、基端が固定部に固定
されたワイヤ１１を上記動滑車９に巻架して定滑車ＩＯ
およびプームＩ２先端の滑車１３により向きが変えられ
、先端でハケソト１４に連結されている。

しかして、上記構成よりなる本負荷反転補償回路は、以
下のように作用する。

ハケソトを空中で巻下げる時、即ち油圧シリンダ１がピ
ストンのロッド側で負荷を受けてロット側に移動する場
合、ロッド側から吐出する圧油は外部の負荷により与圧
され、該圧力は第１油圧ポンプ２で吸収されるとともに
、油圧シリンダのピストンが外部の負荷によりロッド側
へ移動することに伴って、油圧シリンダ内のヘソド側空
間は低圧になり、該空間には、上記第１油圧ポンプで負
荷の吸収された油、及び第２油圧ポンプ３を介して油圧
タンク８より自−（ＡＩ／Ａｈ）　）　Ｗの鼠の油が供
給される。

かかる際に、ハゲソトが水中に入り油圧シリンダ１の負
荷がロフト側からヘッド側に反転すると、第１油圧ポン
プ２と第２油圧ポンプ３から上記油圧シリンダのヘッド
側ボーＨａに圧油が供給され、その供給量Ｗに応して該
油圧シリンダのピストンがロッド側に移動し、その結果
ロッド側のポート１ｂから（ＡＩ／八ｈへ　Ｗの量の圧
油が吐出し、第１油圧ポンプ２に還流し加圧されて、再
び油圧シリンダのヘッド側ボー）１ａに供給される。そ
して、第２油圧ポンプ３からは、〔１−（八ｌ／Ａｈ）
　）　Ｗの鼠の圧油が、上記第１油圧ポンプ２の圧油と
共に、油圧シリンダのヘッド側ポートｌａに供給される
。

また、ハケソトを水中で巻上げる時、即らヘッド側で負
荷を受けた状態で、油圧シリンダ１のピストンがヘッド
側に移動する場合には、ヘッド側から吐出する圧油は外
部の負荷により与圧され、該圧力は第１油圧ポンプ２及
び第２油圧ポンプ３で吸収されるとともに、油圧シリン
ダ１のピストンが外部負荷によりヘッド側へ移動するこ
とに伴って、油圧シリンダ内のロソ（側空間は低圧にな
り、該空間には、上記第１油圧ポンプで負荷の吸収され
たＷ“の量の油が供給される。尚、−上記第２油圧ポン
プ３で負荷が吸収された〔＾ｈ／Ａｈ　１）Ｗ　’の量
の油は、油圧タンク８にす吊る。

かかる際に、ハケソトが空中へ出て油圧シリンダ１の負
荷がヘッド側からロッド側に反転すると、第１油圧ポン
プ２から上記油圧シリンダのロッド側ボー目すに圧油が
供給され、その供給量Ｗ′に応じて該油圧シリンダ１の
ピストンが移動し、その結果ヘッド側のポートｌａから
（＾ｈ／ＡＩ）Ｗ’の量の油が吐出し、該吐出した油の
一部（Ｗ’の量）が第１油圧ポンプ２に還流し加圧され
て再び油圧シリンダのロッド側ポート１ｂに供給される
とともに、残りの油（（Ａｈ／Ａ１−１）Ｗ“の量）が
第２油圧ポンプ３から油圧タンク８に吐出する。

以−Ｌ説明のように、二つの油圧ポンプにより、油圧シ
リンダへの圧油あるいは油の供給計、及び油圧シリンダ
からの吐出量が調節されるため、油圧シリンダの伸縮速
度を一定に維持することができる。

尚、補給用チェック弁７ば、なんらかの理由により上記
油圧回路に−Ｌ述のごとく所定量の圧油が還流しない場
合に、油圧タンク８よりすみやかに供給するよう機能す
る。また、高圧選択チェック弁５及びリリーフ弁６は、
なんらかの理由により上記油圧回路に所定以上の高圧が
作用した場合に、これらチェック弁５及びリリーフ弁６
を通じて高圧油を放出し、回路及び機器を該高圧から保
護するよう機能する。

上記の実施例においては第１の油圧ポンプ２および第２
の油圧ポンプ３をそれぞれ１台の油圧ポンプを用いて説
明したが、油圧シリンダ１の容量が非常に大きい場合は
、それぞれ複数台の油圧ポンプを用いて構成することも
できる。

（発明の効果） 本発明にかかる負荷反転補償回路は、上述したように極
めて構造がシンプルに構成されているので、安価で■、
つ高い信頬性が保証される。

また、二つの油圧ポンプにより、油圧シリンダへの圧油
あるいは油の供給量及び油圧シリンダからの圧油あるい
は油の吐出量を調整して、油圧シリンダの伸縮速度を一
定に維持しているため、絞り弁等を用いて調整するのと
比べ、確実口、つ安定した動作が得られるとともに、油
圧ポンプにエネルギー吸収装置（例えば、発電装置等）
を装着すれば簡単にエネルギーの回収ができる。

従って、円滑な昇降作業が保証されるとともに、省エネ
ルギー化が容易に図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる負荷反転補１賞回路を具備した
油圧回路の回路図、第２図〜第４図は従来の負荷反転補
償回路を具備した油圧回路の回路図である。 ｌ・・・油圧シリンダ、２・・・第１油圧ポンプ、３・
・・第２油圧ポンプ、４・・・カウンタバランス、５・
・・高圧側選択用チェック弁、６・・・リリーフ弁、７
・・・補給用チェック弁、８・・・油圧タンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１油圧ポンプの一方のポートと油圧シリンダのヘッド
   側のポートを接続するとともに第１油圧ポンプの他方の
   ポートと油圧シリンダのロッド側のポートとを接続して
   クローズド回路を構成し、上記第１油圧ポンプの一方の
   ポートと油圧シリンダのヘッド側を接続する流路に第２
   油圧ポンプの一方のポートを接続するとともに該第２油
   圧ポンプの他方のポートを油圧タンクに接続し、上記第
   １油圧ポンプの吐出量を一定とした場合に、上記第２油
   圧ポンプの吐出量を上記油圧シリンダのヘッド側とロッ
   ド側の単位時間当たりの吐出量の差に相当する吐出量に
   設定することにより、負荷反転にかかわらず油圧シリン
   ダの伸縮速度を一定に維持するよう構成したことを特徴
   とする負荷反転補償回路。