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JP3006777B2 - ロ−ドセンシング油圧回路 - Google Patents

ロ−ドセンシング油圧回路

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JP3006777B2
JP3006777B2 JP3075708A JP7570891A JP3006777B2 JP 3006777 B2 JP3006777 B2 JP 3006777B2 JP 3075708 A JP3075708 A JP 3075708A JP 7570891 A JP7570891 A JP 7570891A JP 3006777 B2 JP3006777 B2 JP 3006777B2
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hydraulic
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Komatsu Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ロードセンシング油
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ロードセンシングシステムを備えた油圧
駆動装置を搭載した車両、たとえば油圧式掘削機におい
ては、図4に示す油圧回路を用いている。同図は、走行
用油圧モータ(以下走行モータという)と、ブーム、ア
ーム、バケット等の作業機を駆動する油圧アクチュエー
タのうちブームシリンダに関する油圧回路の概略構成を
示したもので、エンジン等の動力源によって駆動される
1個の可変容量形油圧ポンプ(以下ポンプという)1
と、このポンプ1が吐出する圧油によって駆動される左
側駆動輪の走行モータ2L、 右側駆動輪の走行モータ2
R、 ブームシリンダ2B と、ポンプ1から前記走行モー
タ2L,2Rおよびブームシリンダ2Bに送られる圧油の
方向を切り換えるクローズドセンタの方向切換弁 3L,
3R,3Bと、ポンプ1が吐出する圧油の流量を制御する
レギュレータ4およびLS弁5とを備えている。
【0003】前記LS弁5の一端には、回路6から分岐
するパイロット回路16によってポンプ1の吐出圧PP
が導かれ、他端には走行モータ2L,2Rをはじめとする
各アクチュエータの負荷圧のうち最高の圧力PLSが、シ
ャトル弁10,11およびパイロット回路12などを介
して導かれている。また、方向切換弁3L,3R,3B の
出口ポートにそれぞれ設けられた圧力補償弁8L,8R,
8B にも前記圧力PLSがパイロット回路15L,15R,
15B を介して導かれている。
【0004】アクチュエータに供給される圧油流量QA
は、ポンプ吐出圧を PP、流量係数をc、方向切換弁の
開口面積をA、アクチュエータ負荷圧をPLSとすると、
下記の式で表すことができる。 QA =c×A×(PP−PLS)1/2 差圧PP−PLS は一定になるように制御されているの
で、アクチュエータ流量QA は方向切換弁の開口面積A
すなわち操作レバーの操作ストロークに応じて制御され
ることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】油圧式掘削機が作業現
場内を走行しながらブーム、アーム、バケット等の作業
機を駆動することがある。このような複合操作をする
と、下記理由により走行の減速率が大きい。 今、ポン
プ1の吐出圧をPP、吐出量を QPとし、左走行モータ
2L、右走行モータ2R への流量をそれぞれQ1,Q2、
作業機たとえばブームを駆動するブームシリンダ2B へ
の流量をQ3、前記各アクチュエータを制御する方向切
換弁3L,3R,3B の開口面積をそれぞれA1,A2,A
3とし、方向切換弁3L,3R,3Bの出口圧をそれぞれP
1,P2,P3、各アクチュエータの負荷圧をそれぞれPL
S1,PLS2,PLS3、流量係数をcとすると、ブームシリ
ンダ負荷圧PLS3 が走行モータの負荷圧PLS1,PLS2よ
り大きいので、各圧力補償弁8L,8R,8Bには前記PL
S3 が作用する。従って、圧力補償弁8L,8Rは走行の
みを行っているときよりも大きく絞られ、走行モータ2
L,2Rに供給される流量が減るため、減速されることに
なる。このときの各アクチュエータへの流量は、それぞ
れ下記の式で表すことができる。 Q1 =c×A1×(PP−P1)1/2≒c×A1×(PP−PLS3)1/2 Q2 =c×A2×(PP−P2)1/2≒c×A2×(PP−PLS3)1/2 Q3 =c×A3×(PP−P3)1/2≒c×A3×(PP−PLS3)1/2 各アクチュエータへの流量配分は、QP =Q1+Q2+Q
3 であるから、 Q1=A1/(A1+A2+A3)×QP Q2=A2/(A1+A2+A3)×QP Q3=A3/(A1+A2+A3)×QP となる。
【0006】上記不具合の対策として走行用油圧回路に
設置された圧力補償弁のばね張力を小さくして、圧力補
償特性をゆるくすると、直進走行から緩旋回したとき、
旋回外側の駆動輪の走行速度が低下して、オペレータの
意図した通りに車両を操作することができない。
【0007】本発明は上記従来の問題点に着目し、走行
と作業機駆動とを同時に行った場合に、走行減速率を可
能な限り小さくし、オペレータの意志通りに車両を操作
することができるような、ロードセンシング油圧回路を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るロードセンシング油圧回路は、例えば図
1、図2及びこれらに記載の要素符号を参照して説明す
れば、可変容量形油圧ポンプ(1) の吐出側に複数の方向
切換弁(3L,3R,3B)を並列接続し、かつ各方向切換弁(3L,
3R,3B)の下流側にそれぞれの油圧アクチュエータ(2L,2
R,2B)を接続すると共に、各方向切換弁(3L,3R,3B)とそ
れぞれの油圧アクチュエータ(2L,2R,2B)との間に各油圧
アクチュエータ(2L,2R,2B)の内の最大負荷圧(PLS3)を受
けてそれぞれの方向切換弁(3L,3R,3B)の出口圧(P1,P2,P
3)を最大負荷圧(PLS3)に一致させる圧力補償弁(8L,8R,8
B)をそれぞれ設け、かつ可変容量形油圧ポンプ(1) が自
己吐出圧(Pp)と最大負荷圧(PLS3)とを受けて自己吐出圧
(Pp)が最大負荷圧(PLS3)よりも所定圧だけ高くなるよう
に自己吐出量を可変制御するロードセンシング油圧回路
において、 各圧力補償弁(8L,8R,8B)が受ける最大負荷圧
(PLS3)を降圧(PLS')自在とする圧力変更手段(13,14a,14
b,23等) を設けると共に、 前記各圧力補償弁(8L,8R,8B)
は、 それぞれの方向切換弁(3L,3R,3B)の出口圧(P1,P2,P
3)を開方向に受ける第1受圧面とそれぞれの油圧アクチ
ュータ(2L,2R,2B)の負荷圧(PLS1,PLS2,PLS3)を閉方向に
受ける第2受圧面とを備える逆止め弁(8a)とそれぞれ
の油圧アクチュータ(2L,2R,2B)の負荷圧(PLS1,PLS2,PLS
3)を逆止め弁(8a)から離間させる方向に受ける第3受圧
面と最大負荷圧(PLS3)又は降圧(PLS')を逆止め弁(8a)の
閉方向に受ける第4受圧面と逆止め弁(8a)を閉方向に軽
く付勢する弱いバネ(8d)とを備える圧力補償ピストン(8
c)とを備え、かつ第1〜第4受圧面の各面積を同じくし
てあることを特徴としている
【0009】
【作用及び効果】上記構成によれば、次のような作用効
果を奏する。尚、上記同様、図1、図2及びこれらに記
載の要素符号を参照して説明する。 先ず、上記構成の前
段構成(「〜おいて」)は、例えば図4で示したよう
に、各方向制御弁(3L,3R,3B)の下流側に圧力補償弁(8L,
8R,8B)をそれぞれ設けた形式の従来のロードセンシング
油圧回路を示す。即ち各油圧アクチュエータ(2L,2R,2B)
の負荷圧(PLS1,PLS2,PLS3)が如何であれ、各方向切換弁
(3L,3R,3B)はそれぞれの開口面積に比例した流量をそれ
ぞれの油圧アクチュエータ(2L,2R,2B)に供給する。勿
論、かかる比例供給は、複合操作時における複数油圧ア
クチュエータ(2L,2R,2B)の総要求流量が油圧ポンプ(1)
の最大吐出流量未満であるとき、またリリーフ圧以下で
あるときに成立する。 そこで本願発明は、かかる上記前
段構成のロードセンシング油圧回路において、圧力変更
手段(13,14a,14b,23等) を加設すると共に、従来の圧力
補償弁(8L,8R,8B)を全く異なる圧力補償弁(8L,8R,8B)に
置換し、以上によって発明の特徴としている。そしてこ
の発明の特徴部が後段構成である。詳しくは次の通り。 (1)即ち圧力変更手段(13,14a,14b,23等) によって、
各圧力補償弁(8L,8R,8B)が受ける最大負荷圧(PLS3)を降
圧(PLS')させると、その降圧(PLS')がそれまでの最大負
荷圧(PLS3)に代わって各圧力補償弁(8L,8R,8B)に作用す
尚、油圧ポンプ(1) は最大負荷圧(PLS3)を受けたま
まだから、ポンプ吐出圧(Pp)に変化はない。即ち各方向
切換弁(3L,3R,3B)の入口圧は「Pp」であって変化はな
(2)ところが圧力補償弁(8L,8R,8B)は、第1〜第4受
圧面(各面積は同じ)の各受圧方向とそれぞれへの油圧
との関係に基づき次の作用が生ずる。尚、バネ(8d)の付
勢力は、第1〜第4受圧面で生ずる油圧力から見れば無
視できる程度の、かつ逆止め弁(8a)を閉止させるだけの
弱い付勢力である。従ってバネ(8d)及びその付勢力は無
視してよく、また次の説明でも無視している。 (A)最大負荷圧(PLS3)でない側の油圧アクチュエータ
(2L)の負荷圧(PLS1)に対する圧力補償弁(8L)は次の挙動
を示す即ち「PLS1<PLS'」では、方向切換弁(3L)の出
口圧(P1)が降圧(PLS')になるまで補償ピストン(8c)が逆
止め弁(8a)を閉じて流路を絞る。出口圧(P1)が降圧(PL
S')まで昇圧すると、逆止め弁(8a)は開口する。つまり
圧力補償弁(8L)は負荷圧(PLS1)の油を油圧アクチュータ
(2L)に供給する。尚、降圧(PLS')を仮に「PLS'<PLS1」
にしてしまうと、負荷圧(PLS1)が補償ピストン(8c)を逆
止め弁(8a)から離間させ、これにより「P1=PLS1」とな
って(即ち圧力補償機能がなくなって)逆止め弁(8a)が
開口し、圧力補償弁(8L)は負荷圧(PLS1)の油を油圧アク
チュータ(2L)に供給する。 (B)また他の、最大負荷圧(PLS3)でない側の油圧アク
チュエータ(2R)の負荷圧(PLS2)に対する圧力補償弁(8R)
の挙動も上記圧力補償弁(8L)に準ずる。 即ち「PLS2<PL
S'」では、方向切換弁(3R)の出口圧(P2)が降圧(PLS')に
なるまで補償ピストン(8c)が逆止め弁(8a)を閉じて流路
を絞る。出口圧(P2)が降圧(PLS')まで昇圧すると、逆止
め弁(8a)は開口する。つまり圧力補償弁(8R)は負荷圧(P
LS2)の油を油圧アクチュータ(2R)に供給する。尚、降圧
(PLS')を仮に「PLS'<PLS2」にしてしまうと、負荷圧(P
LS2)が補償ピストン(8c)を逆止め弁(8a)から離間させ、
これにより「P2=PLS2」となって(即ち圧力補償機能が
なくなって)逆止め弁(8a)が開口し、圧力補償弁(8B)は
負荷圧(PLS2)の油を油圧アクチュータ(2R)に供給する。 (C)ところが最大負荷圧(PLS3)側の油圧アクチュエー
タ(2B)の負荷圧(PLS3)に対する圧力補償弁(8B)は次の挙
動を示す。 即ち自己負荷圧(PLS3)が補償ピストン(8c)を
逆止め弁(8a)から離間させ、これにより「P3=PLS3」と
なって(即ち圧力補償機能がなくなって)逆止め弁(8a)
が開口し、圧力補償弁(8B)は負荷圧(PLS3)の油を油圧ア
クチュータ(2B)に供給する。 (D)即ち、圧力変更手段(13,14a,14b,23等) によって
各圧力補償弁(8L,8R,8B)が受ける最大負荷圧(PLS3)を降
圧(PLS')させると、その降圧(PLS')がそれまでの最大負
荷圧(PLS3)に代わって各圧力補償弁(8L,8R,8B)に作用す
るが、油圧ポンプ(1) は最大負荷圧(PLS3)を受けたまま
だからポンプ吐出圧(Pp)に変化はなく、従って各方向切
換弁(3L,3R,3B)の入口圧は「Pp」である。そこで上記
(A)〜( C)によれば、各方向切換弁(3L,3R,3B)を流
れる油量は、「PLS3−PLS'=ΔP」とすれば、 方向切換
弁(3L,3R) を流れる油量は「(Pp−PLS3+ΔP)1/2 」
に比例し、 他方、方向切換弁(3B)を流れる油量は「(Pp
−PLS3)1/2 」に比例する即ち従来技術での説明に合
わせて説明すれば、走行側の方向切換弁(3L,3R) の前後
差圧が従来よりもΔPだけ大きくなり、その分だけ走行
側により多くの圧油が流れる。従って、走行の減速率を
小さく抑えることができる
【0010】
【実施例】以下に本発明に係るロードセンシング油圧回
路の実施例について、図面を参照して説明する。なお、
図1は油圧式掘削機に用いられるロードセンシングシス
テムのうち、走行モータと、各作業機用アクチュエータ
のうちブームシリンダに関する油圧回路の概略構成を示
したもので、方向切換弁の詳細は本発明者がさきに出願
した特願平1−82961の通りである。図1におい
て、ロードセンシングシステムは1個のポンプ1と、ポ
ンプ1が吐出する圧油によって駆動される左側駆動輪の
走行モータ2L 、右側駆動輪の走行モータ2R 、ブーム
シリンダ2B と、ポンプ1から前記走行モータ2L,2R
およびブームシリンダ2B に送られる圧油の方向を切り
換えるクローズドセンタの方向切換弁3L ,3R ,3B
と、ポンプ1が吐出する圧油の流量を制御するレギュレ
ータ4およびLS弁5とを備えている。
【0011】前記方向切換弁3L,3R,3B は、ポンプ
1の吐出回路6から分岐する回路6L,6R,6B にそれ
ぞれ接続され、方向切換弁3L,3R,3B から走行モー
タ2L,2Rおよびブームシリンダ2B に至る回路7L,
7R,7B にそれぞれ圧力補償弁8L,8R,8B が設け
られている。各走行モータをはじめとする油圧アクチュ
エータの負荷圧は、それぞれパイロット回路9L,9R,
9B およびシャトル弁10,11等を経て、その最大値
PLSがパイロット回路12を介してLS弁5の一端に導
かれている。また、前記パイロット回路12の分岐回路
13に可変絞り14aが設けられ、前記アクチュエータ
負荷圧の最大値PLSは、可変絞り14aを経た後、それ
ぞれパイロット回路15L,15R,15Bを介して圧力
補償弁8L,8R,8Bに導かれている。LS弁5の他端
は回路6から分岐したパイロッット回路16に接続され
てポンプ1の吐出圧PP を受けている。
【0012】運転席近傍に設けられた走行レバー17
L,17R、ブームを駆動する操作レバー17B は、それ
ぞれPPC弁18L,18R,18B に連結され、これら
のPPC弁から出るパイロット回路19L,19R,19
Bは、それぞれ方向切換弁3L,3R,3Bに接続されてい
る。また、前記パイロット圧を検出する圧力スイッチ2
0L,20R,20B の出力配線21L,21R,21B
は、いずれもコントローラ22に接続されている。
【0013】前記パイロット回路15L の延長上に油タ
ンク15aに至る回路15cが設けられ、この回路15
cには可変絞り14bと切換弁23とが設置されてい
る。また、油圧ポンプ24と前記切換弁23の端部とを
結ぶパイロット回路25に電磁弁26が設けられ、電磁
弁26のソレノイドには前記コントローラ22の出力配
線27が接続されている。
【0014】コントローラ22は、PPC弁18L,1
8Rのパイロット圧を検出する圧力スイッチ20L,20
Rのいずれか一つ以上がONとなり、かつPPC弁18B
のパイロット圧を検出する圧力スイッチ20B がONと
なったとき、出力配線27を介して電磁弁26に指令電
流を出力する。
【0015】LS弁5に作用する負荷圧PLSに対して、
圧力補償弁8L,8R,8Bに作用する信号圧は、可変絞
り14aを経ることにより、PLSより低いPLS′とな
る。なお可変絞り14bは、切換弁23が切換えられ、
パイロット回路15L,15R内の圧油が回路15cを経
てドレンされる際に、圧力補償弁8L,8R,8Bに作用
する信号圧を一定値以上に維持するために設けられてい
る。
【0016】前記圧力補償弁8L,8R,8Bは図2に示
すように、弁本体内を摺動自在の逆止め弁8a、補償ピ
ストン8c、ばね8dからなり、信号圧PLSは補償ピス
トン8cに設けられた穴8eからばね室8f内に導かれ
ている。方向切換弁を通った圧油は通路8gから逆止め
弁8a内に入り、補償ピストン8cとばね8dとを図2
の右方に押してシート面を開き、アクチュエータポート
8hに流れる。今、信号圧をPLSとすると補償ピストン
室8fの圧力もPLSとなり、補償ピストン8cの径と逆
止弁8aの径は等しいので逆止弁8aの入口室8gの圧
力P1 はPLSよりも戻しばね8dのばね力分だけ高くな
るが、ばね力は圧力PLSに対し充分弱いのでP1 ≒PLS
とみなすことができる。即ち圧力補償弁の入口圧(切換
えバルブの出口圧)は信号圧PLSにほぼ等しくなる。
【0017】次に上記操作性向上油圧回路の動作につい
て説明する。油圧式掘削機が走行中にブームを駆動させ
ると、図1において前記圧力スイッチ20L,20R,2
0B がそれぞれONとなり、コントローラ22の指令電
流により電磁弁26が励磁され、切換弁23が切換えら
れる。アクチュエータ負荷圧の最大値PLSは、ブームシ
リンダ負荷圧PLS3であるから、 △P=PLS3−PLS′=PLS−PLS′ とすれば、各アクチュエータへの流量はそれぞれ下記の
式で表すことができる。 Q1 =c×A1×(PP−P1)1/2 ≒c×A1×(PP−PLS′)1/2(理由;圧力補償弁の
特性による) =c×A1×(PP−PLS3+△P)1/2 Q2 =c×A2×(PP−P2)1/2 ≒c×A2×(PP−PLS′)1/2 =c×A2×(PP−PLS3+△P)1/2 Q3 =c×A3×(PP−P3)1/2 ≒c×A3×(PP−PLS3)1/2(理由;図2からわかる
様に、信号圧PLS′よりも負荷圧PLS3(8h)が高い
時は補償ピストン8cは図の右端に押しつけられ圧力補
償弁はチェック弁として作用するので、最高圧となるブ
ーム回路はこの式で表される。) 従ってQ1,Q2は△Pだけ差圧が大きくなり、走行モー
タ2L,2Rに対する流量は従来より多くなる。圧力補償
弁8B では、ばね室8fに導かれ、補償ピストン8cに
作用する信号圧PLS′と、方向切換弁3B の出口圧P3
との関係が、P3 ≒PLS3 となって圧力補償機能がなく
なり、逆止め弁8aのみが機能する。
【0018】可変絞り14a,14bを調節すれば、圧
力補償弁8L,8Rの信号圧PLS′の大きさを変えること
ができるので、油圧掘削機の使用目的に合った最適流量
を走行側に供給することができる。また、可変絞り14
a,14bを固定絞りとしてもよい。
【0019】図3は、作業機操作レバー操作状態と、走
行モータに供給される圧油流量との関係を示したもので
ある。油圧式掘削機が走行していて、作業機たとえばブ
ームの操作レバーが中立位置にあるとき、走行モータに
供給される圧油流量は、走行レバーの操作量に応じた流
量であり、これを100%とする。この状態でブーム操
作レバーをフルストロークに操作すると、切換弁がOF
Fのときすなわち通常のロードセンシングシステムの場
合は、走行モータに供給される圧油流量が約50%に減
少する。しかし切換弁がONのときは、前記圧油流量が
70〜80%に保たれ、かつ作業機操作時の減速ショッ
クも小さい。
【0020】本実施例では、アクチュエータ操作レバー
の操作を検出する手段として、PPC弁のパイロット圧
を検出する圧力スイッチを用いたが、これに限るもので
はなく、アクチュエータ操作レバーのストロークが一定
値以上になったときに作動するリミットスイッチまたは
近接スイッチ等を用いてもよい。
【0021】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の基本構成を示す概略部分油圧回路図で
ある。
【図2】圧力補償弁の断面図である。
【図3】走行中に作業機レバーを操作したときに、走行
モータに供給される圧油流量の変化を示す図である。
【図4】従来のロードセンシングシステムを備えた油圧
駆動装置の基本構成を示す概略部分油圧回路図である。
【符号の説明】
1 可変容量形油圧ポンプ 2L 左走行用油圧モータ 2R 右走行用油圧モータ 2B ブームシリンダ 3L,3R,3B 方向切換弁 4 レギュレータ 5 LS弁 6,6L,6R,6B,7L,7R,7B,15c 回路 8L,8R,8B 圧力補償弁 9L,9R,9B,12,15L,15R,15B,16,1
9L,19R, 19B, 25 パイロット回路 14a,14b 可変絞り 15a 油タンク 17L, 17R 走行レバー 17B ブームレバー 20L,20R,20B 圧力スイッチ 22 コントローラ 23 切換弁 26 電磁弁

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 可変容量形油圧ポンプ(1) の吐出側に複
    数の方向切換弁(3L,3R,3B)を並列接続し、かつ各方向切
    換弁(3L,3R,3B)の下流側にそれぞれの油圧アクチュエー
    タ(2L,2R,2B)を接続すると共に、各方向切換弁(3L,3R,3
    B)とそれぞれの油圧アクチュエータ(2L,2R,2B)との間に
    各油圧アクチュエータ(2L,2R,2B)の内の最大負荷圧(PLS
    3)を受けてそれぞれの方向切換弁(3L,3R,3B)の出口圧(P
    1,P2,P3)を最大負荷圧(PLS3)に一致させる圧力補償弁(8
    L,8R,8B)をそれぞれ設け、かつ可変容量形油圧ポンプ
    (1) が自己吐出圧(Pp)と最大負荷圧(PLS3)とを受けて自
    己吐出圧(Pp)が最大負荷圧(PLS3)よりも所定圧だけ高く
    なるように自己吐出量を可変制御するロードセンシング
    油圧回路において、 各圧力補償弁(8L,8R,8B)が受ける最大負荷圧(PLS3)を降
    圧(PLS')自在とする圧力変更手段(13,14a,14b,23等) を
    設けると共に、 前記各圧力補償弁(8L,8R,8B)は、 それぞれの方向切換弁(3L,3R,3B)の出口圧(P1,P2,P3)を
    開方向に受ける第1受圧面とそれぞれの油圧アクチュー
    タ(2L,2R,2B)の負荷圧(PLS1,PLS2,PLS3)を閉方向に受け
    る第2受圧面とを備える逆止め弁(8a)とそれぞれの油圧アクチュータ(2L,2R,2B)の負荷圧(PLS1,
    PLS2,PLS3)を逆止め弁(8a)から離間させる方向に受ける
    第3受圧面と最大負荷圧(PLS3)又は降圧(PLS')を逆止め
    弁(8a)の閉方向に受ける第4受圧面と逆止め弁(8a)を閉
    方向に軽く付勢する弱いバネ(8d)とを備える圧力補償ピ
    ストン(8c)とを備え、かつ第1〜第4受圧面の各面積を
    同じくしてある ことを特徴とするロードセンシング油
    回路。
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