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JP5513535B2 - 回路圧制御装置、この回路圧制御装置を用いた油圧制御回路及び建設機械の油圧制御回路 - Google Patents

回路圧制御装置、この回路圧制御装置を用いた油圧制御回路及び建設機械の油圧制御回路 Download PDF

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Description

この発明は、アクチュエータの駆動圧をリニアに制御する油圧制御装置、制御対象のアクチュエータの駆動圧をリニアに制御するとともに、制御対象のアクチュエータの余剰油を他のアクチュエータに供給できる油圧制御回路及び建設機械の油圧制御回路に関する。
アクチュエータの駆動圧を制御するものとしてリリーフ弁が従来から知られている。このリリーフ弁は、スプリングのばね力で最高圧を設定するとともに、その最高圧以上の圧力が作用したときに、当該回路をタンクに連通して回路圧を制御するものである。そして、上記設定圧を可変にするものとして、例えば、特許文献１に示すように、上記スプリングに補助ピストンを設け、この補助ピストンに圧力を作用させてスプリングを撓ませて初期設定圧を可変にするものが一般に知られている。
一方、建設機械において、例えば、旋回モータの駆動圧を制御するものとして特許文献２に示した装置が従来から知られている。
この従来の装置は、旋回モータの駆動圧を制御するリリーフ弁を、旋回モータを油圧ポンプまたはタンクに連通する一対の接続通路に対して並列に接続するとともに、このリリーフ弁の上流に開閉弁を設けている。また、このリリーフ弁の下流側には発電機を回すための油圧モータを接続している。
さらに、上記リリーフ弁は、回路全体の最高圧を制御するメインリリーフ弁よりもその設定圧を低くしている。
そして、旋回モータの駆動圧に余剰があるとき、上記開閉弁を開いてその駆動圧をリリーフ弁に導くとともに、その駆動圧でリリーフ弁を開弁させて、旋回モータに対する余剰油を上記油圧モータに導くようにしている。
特開平６−１７４１２２号公報 特開２０１１−０１７４２７号公報
上記のように補助ピストンを動作させて設定圧を可変にした従来のリリーフ弁では、ほとんどの場合に、その設定圧を高圧と低圧のいずれかに選択する択一的な制御しかできなかった。言い換えると、リリーフ弁の設定圧をリニアに制御することはほとんどできないという問題があった。
また、上記従来の建設機械では、旋回モータの駆動圧が変化する中で、その変化をリニアにとらえながら旋回モータに対する余剰油を効率的に利用することができないという問題があった。
この発明の第１の目的は、回路圧をリニアに制御できる回路圧制御装置を提供することである。
この発明の第２の目的は、制御対象であるアクチュエータの余剰エネルギーを、他のアクチュエータに効率的に活用できるようにした油圧制御回路を提供することである。
本願発明は、上流側をアクチュエータに連通させる接続通路に接続してなるリリーフ弁を備えた回路圧制御装置であって、上記リリーフ弁の上流側に、コントローラからの制御信号に応じて開度を可変にする可変絞り弁を備えた点に特徴を有する。
本願発明の回路圧制御装置によれば、可変絞り弁とリリーフ弁とで設定圧をリニアに可変制御できるようにしたので、制御対象であるアクチュエータの設定圧を、状況に応じてきめ細かく制御できる。
第１実施形態の回路図である。 第２実施形態の回路図である。
図１に示した第１実施形態は、可変容量型の油圧ポンプＰ及びタンクＴを、操作弁１を介してアクチュエータであるシリンダ２に接続したもので、操作弁１を図示の中立位置に保持しているときには、油圧ポンプＰ及びタンクＴと、シリンダ２との連通が遮断される。
そして、操作弁１を中立位置から左右いずれかの切換位置に切り換えると、油圧ポンプＰが、接続通路３又は４を介してシリンダ２のピストン側室２ａ又はロッド側室２ｂのいずれかに連通し、タンクＴが、接続通路４又は３を介してシリンダ２のロッド側室２ｂ又はピストン側室２ａのいずれかに連通して、シリンダ２が伸長又は収縮する。
なお、図中符号５は、メインリリーフ弁である。
また、上記操作弁１とシリンダ２のピストン側室２ａとを接続する接続通路３には、タンクＴに接続された分岐通路６を接続するとともに、この分岐通路６には、その上流側から順に可変絞り弁７及びリリーフ弁８を設けているが、このリリーフ弁８の設定圧は、上記メインリリーフ弁５の設定圧よりも低くしている。
なお、上記可変絞り弁７及びリリーフ弁８で、この発明の回路圧制御装置Ｓを構成する。
そして、上記可変絞り弁７は電磁機構７ａを備え、コントローラＣからの電気的な信号に応じて電磁機構７ａが動作してその開度を制御するが、このコントローラＣにはジョイスティック９が接続され、オペレータがこのジョイスティック９を操作してその操作信号をコントローラＣに入力すると、コントローラＣは上記操作信号に応じて電磁機構７ａを動作させ、可変絞り弁７の開度を上記制御信号に応じて制御する。
ただし、上記ジョイスティック９は、操作弁１のパイロット室１ａ，１ｂに導くパイロット圧を操作するもので、上記可変絞り弁７の電磁機構７ａに入力する制御信号は、操作弁１の切換量に比例したものになる。
また、第１実施形態の油圧ポンプＰには、図示していない複数のアクチュエータが接続され、これら複数のアクチュエータは図示していない油圧回路を介して互いに接続されている。そして、上記油圧ポンプＰには、この油圧ポンプＰの吐出量を制御するレギュレータ１０を設け、このレギュレータ１０により油圧ポンプＰの傾転角を制御する。
次に、この実施形態の作用を説明する。
ジョイスティック９の操作レバーを操作すると、コントローラＣは操作レバーの操作量に比例した制御信号を出力する。そして、操作弁１のパイロット室１ａに上記制御信号に応じたパイロット圧を導けば、操作弁１は、コントローラＣからの制御信号に応じて図面左側位置に切り換えられる。
上記のように操作弁１が図面左側位置に切り換われば、油圧ポンプＰの吐出油がシリンダ２のピストン側室２ａに供給され、ロッド側室２ｂの戻り油はタンクＴに戻される。
このときオペレータは、コントローラＣを動作させて、当該回路圧制御装置Ｓで当該回路の設定圧を特定する。
例えば、設定圧を最も低くするときには、可変絞り弁７の開度を最大にするための信号をコントローラＣから出力させる。可変絞り弁７の開度が最大になれば、当該回路圧制御装置Ｓによってシリンダ２の回路の設定圧は相対的に低いリリーフ弁８の設定圧になる。
反対に、可変絞り弁７の開度を小さくすればするほど上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧を高く保つことができる。
例えば、可変絞り弁７の開度を小さくした場合に、シリンダ２の負荷圧は、可変絞り弁７を介してリリーフ弁８に作用する。
したがって、可変絞り弁７の開度を小さくした場合にも、シリンダ２の負荷圧がリリーフ弁８の設定圧に達すれば、リリーフ弁８は開弁する。
リリーフ弁８が開弁すれば、分岐通路６に流れが発生するので、可変絞り弁７の前後に圧力損失が発生する。このように可変絞り弁７の前後に圧力損失が発生すれば、可変絞り弁７の上流側に圧力が発生するが、この圧力が、シリンダ２の回路における実質的な設定圧となる。
したがって、上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧は、一番低いリリーフ弁８の設定圧から、可変絞り弁７の開度に応じて決まる最高設定圧までの範囲で、リニアに制御することができる。
このように当該回路の設定圧をリニアに制御できるので、例えば、シリンダ２の負荷が小さいときには、その設定圧を低く保って、油圧ポンプＰの負担を軽減できる。また、当然のことであるが、シリンダ２の負荷が大きいときにも対応することできる。
第２実施形態を示した図２は、建設機械の制御回路のうち、旋回モータＲＭに着目した回路図である。したがって、この第２実施形態においては、建設機械に用いられる他のアクチュエータの図示を省略している。
また、この第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素については、第１実施形態と同一符号を付して説明する。
上記旋回モータＲＭは、接続通路３，４を介して上記旋回モータ制御用の操作弁１に接続しているが、両接続通路３，４のそれぞれにはブレーキ弁１１，１２を接続している。そして、操作弁１を中立位置に保っているときには、旋回モータＲＭは停止状態を維持する。
上記の状態から操作弁１を例えば図面左側位置に切り換えると、一方の接続通路３が油圧ポンプＰに接続され、他方の接続通路４がタンクＴに連通する。したがって、接続通路３から圧油が供給されて旋回モータＲＭが回転するとともに、旋回モータＲＭからの戻り油が他方の接続通路４を介してタンクに戻される。
操作弁１を上記とは反対方向に切り換えると、今度は、接続通路４に油圧ポンプＰからの吐出油が供給され、接続通路３がタンクＴに連通し、旋回モータＲＭは逆転することになる。
上記のように旋回モータＲＭを駆動しているときには、上記ブレーキ弁１１あるいは１２がリリーフ弁の機能を発揮し、接続通路３，４が設定圧以上になったとき、ブレーキ弁１１，１２が開弁して高圧側の通路の圧力を設定圧以内に制御する。
また、旋回モータＲＭを回転している状態で、操作弁１を中立位置に戻せば、当該操作弁１は閉じられるが、このように操作弁１が閉じられても、旋回モータＲＭはその慣性エネルギーで回転し続け、当該旋回モータＲＭがポンプ作用をする。この時には、接続通路３，４、旋回モータＲＭ、ブレーキ弁１１あるいは１２で閉回路が構成されるとともに、ブレーキ弁１１あるいは１２によって、上記慣性エネルギーが熱エネルギーに変換されることになる。
上記接続通路３，４はチェック弁１３，１４を介して合流させるとともに、その合流点には供給通路１５を接続している。なお、上記チェック弁１３，１４は、接続通路３，４から供給通路１５への流通のみを許容するものである。
上記のようにした供給通路１５の最下流には可変容量型の油圧モータＭを接続し、この油圧モータＭには発電機Ｇを連係するとともに、この発電機ＧはインバータＩを介してバッテリー１６に接続しているが、このバッテリー１６はコントローラＣに接続している。したがって、コントローラＣは、バッテリー１６の充電状況を把握することができる。
また、上記油圧モータＭにはその傾転角を電気的に制御する傾角制御器１７を設けるとともにこの傾角制御器１７をコントローラＣに接続している。
上記のようにした供給通路１５には、回路圧制御装置Ｓを設けている。そして、この回路圧制御装置Ｓは、電磁機構７ａを備えた可変絞り弁７を設けるとともに、この可変絞り弁７の下流側にリリーフ弁８を設けているが、これら可変絞り弁７及びリリーフ弁８は第１実施形態と同じである。なお、可変絞り弁７が多少でも開いているときの設定圧は、上記ブレーキ弁１１，１２の設定圧よりも低くなるようにしている。
さらに、上記可変絞り弁７の上流側には、旋回モータＲＭの旋回時の圧力あるいはブレーキ時の圧力を検出する圧力センサー１８を設け、この圧力センサー１８の圧力信号をコントローラＣに入力するようにしている。
なお、油圧ポンプＰには第１実施形態と同じレギュレータ１０を設けている。
次に、この第２実施形態の作用を説明する。
操作弁１を、例えば左右いずれかに切り換えれば、上記したように旋回モータＲＭは、ブレーキ弁１１，１２の設定圧の範囲内で回転する。
このときの旋回モータＲＭの負荷圧は、圧力センサー１８で検出されてコントローラＣに入力するとともに、操作弁１の切換量はジョイスティック９の操作量としてコントローラＣに入力する。
そして、コントローラＣは、上記ブレーキ弁１１，１２の設定圧と、旋回モータＲＭの負荷圧との差を比較し、負荷圧がコントローラＣにあらかじめ設定されたしきい値を超えているか否かを判定する。
そして、コントローラＣは、旋回モータＲＭの負荷圧と上記しきい値とから、上記可変絞り弁７を開閉制御する。つまり、上記旋回モータＲＭの負荷圧がしきい値を超えていれば、コントローラＣは電磁機構７ａを動作して可変絞り弁７の開度を小さくするかあるいはそれを閉じる。このように可変絞り弁７の開度が小さくなれば、上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧は高くなり、可変絞り弁７が完全に閉じることによって当該回路の設定圧は最大になるとともに、旋回モータＲＭは上記ブレーキ弁１１，１２の設定圧の範囲で駆動することができる。
一方、コントローラＣが、上記旋回モータＲＭの負荷圧がしきい値以下であれば、コントローラＣは、電磁機構７ａを動作して可変絞り弁７を開く。可変絞り弁７が開かれると、そのときの圧力でリリーフ弁８が開くので、旋回モータＲＭに対する余剰流量は、供給通路１５を経由して油圧モータＭに供給され、油圧モータＭを回転する。このようにして油圧モータＭが回転すれば、発電機Ｇが回って発電されるとともに、この発電された電力がインバータＩを経由してバッテリー１６に充電される。
そして、コントローラＣは、上記要求流量としきい値との差をもとにして、可変絞り弁７の開度を制御するが、可変絞り弁７を全開状態にしたとき、この可変絞り弁７とリリーフ弁とで構成される回路圧制御装置Ｓの設定圧が最も低くなり、可変絞り弁７を全閉状態にしたとき、上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧は最も高くなる。
そして、上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧が低くなればなるほど、油圧モータＭに対して多くの流量を供給でき、反対に上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧が高くなれば、その分、油圧モータＭに供給される流量が少なくなる。
なお、上記可変絞り弁７の開度は、オペレータが直接制御してもよいし、コントローラＣが自動的に制御してもよい。
しかも、上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧を変更するために、可変絞り弁７の開度を制御すれば足りるので、当該回路の設定圧は、リニアに可変制御できる。このようにリニアに可変制御できるので、旋回モータＲＭの作動状況に応じて変化する余剰油を適切に油圧モータＭに供給でき、その分、エネルギー効率を上げて省エネルギー化を図ることができる。
また、油圧モータＭの傾角制御器１７の傾角信号をもとにして、コントローラＣは、可変絞り弁７の開度を制御できる。例えば、バッテリー１６からコントローラＣに入力される充電量に関する信号から、コントローラＣがバッテリー１６に十分に充電されていると判定したときには、傾角制御器１７を動作して、油圧モータＭの傾転角をほぼゼロにする。このような状態のときには、コントローラＣは、可変絞り弁７を全閉状態にして、旋回モータＲＭの駆動を優先させることができる。
いずれにしても、コントローラＣは、圧力センサー１８からの圧力信号や、油圧モータＭの傾角制御器１７からの傾角信号などをいろいろ組み合わせながら、上記回路圧制御装置Ｓによる当該回路の設定圧をリニアに可変制御できる。
なお、上記第２実施形態は、発電用の油圧モータＭに余剰油を供給するだけでなく、いろいろな機器に余剰油を供給する場合に利用できること当然である。
また、制御対象のアクチュエータは、旋回モータＲＭだけでなく、一般の機器にすべて応用することができる。
発電機能を備えた建設機械に最適である。
Ｐ 油圧ポンプ
Ｔ タンク
１ 操作弁
３，４ 接続通路
７ 可変絞り弁
８ リリーフ弁
Ｃ コントローラ
ＲＭ 旋回モータ
１５ 供給通路
Ｍ 油圧モータ
Ｇ 発電機

Claims (6)

  1. 上流側にアクチュエータが連通する接続通路に接続されるリリーフ弁を備えた回路圧制御装置であって、上記リリーフ弁の上流側に、コントローラからの制御信号に応じて開度が変化する可変絞り弁を備える回路圧制御装置。
  2. 上記可変絞り弁は、上記制御信号によって開度が小さくなるほど、上記アクチュエータに供給される圧力を大きく設定し、上記制御信号によって開度が大きくなるほど、上記アクチュエータに供給される圧力を小さく設定する請求項１に記載の回路圧制御装置。
  3. 上記コントローラは、上記アクチュエータの負荷を小さくするときは、上記可変絞り弁の開度を大きくし、アクチュエータの負荷を大きくするときは、上記可変絞り弁の開度を小さくする請求項１に記載の回路圧制御装置。
  4. 上記コントローラは、上流の圧力が上記リリーフ弁の設定圧よりも高いときに、アクチュエータに供給される圧力をリニアに変更する請求項１に記載の回路圧制御装置。
  5. 上記アクチュエータを制御する油圧制御回路であって、請求項１に記載の回路圧制御装置における上記可変絞り弁の上流側を、圧力制御対象である上記アクチュエータに連通させる上記接続通路に接続し、上記可変絞り弁の下流に接続された上記リリーフ弁の下流側を上記制御対象とは別のアクチュエータに連通させる供給通路に接続し、上記可変絞り弁と上記リリーフ弁とで、上記制御対象側の上記アクチュエータ系の回路圧を制御する回路圧制御装置を用いた油圧制御回路。
  6. 旋回モータと、この旋回モータの圧力源である油圧ポンプと、上記旋回モータと上記油圧ポンプとの間にあって、上流側を上記油圧ポンプあるいはタンクに接続し、下流側を上記旋回モータに接続した操作弁とを備えた建設機械の油圧制御回路であって、請求項１に記載の回路圧制御装置における上記可変絞り弁の上流側を、上記操作弁と上記旋回モータとを接続する接続通路に接続させ、上記リリーフ弁の下流側を、発電機を回すための油圧モータに接続した供給通路に接続してなる建設機械の油圧制御回路。
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