JP6913659B2 - Spool valve device - Google Patents
Spool valve device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6913659B2 JP6913659B2 JP2018146673A JP2018146673A JP6913659B2 JP 6913659 B2 JP6913659 B2 JP 6913659B2 JP 2018146673 A JP2018146673 A JP 2018146673A JP 2018146673 A JP2018146673 A JP 2018146673A JP 6913659 B2 JP6913659 B2 JP 6913659B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spool
- bottomed hole
- notch
- valve device
- hydraulic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Sliding Valves (AREA)
- Details Of Valves (AREA)
- Multiple-Way Valves (AREA)
Description
本発明は、例えば、油圧ショベル等の建設機械に搭載される油圧システム(液圧システム)の方向制御弁、圧力制御弁、流量制御弁等として用いられるスプール弁装置に関する。 The present invention relates to a spool valve device used as a directional control valve, a pressure control valve, a flow rate control valve, or the like of a hydraulic system (hydraulic pressure system) mounted on a construction machine such as a hydraulic excavator.
一般に、油圧ショベル、油圧クレーン、ホイールローダ等の建設機械には、油圧駆動装置(液圧駆動装置)とも呼ばれる油圧システム(液圧システム)が搭載されている。このような油圧システムは、例えば、油圧ポンプ等の油圧源(液圧源)と、油圧源から供給される圧油により駆動される油圧モータ、油圧シリンダ等の油圧アクチュエータ(液圧アクチュエータ)と、油圧源と油圧アクチュエータとの間に設けられ油圧アクチュエータに対する圧油の供給と排出を切換える方向制御弁等のスプール弁(スプール弁装置)とを含んで構成されている。 In general, construction machines such as hydraulic excavators, hydraulic cranes, and wheel loaders are equipped with a hydraulic system (hydraulic system), which is also called a hydraulic drive device (hydraulic drive device). Such a hydraulic system includes, for example, a hydraulic source (hydraulic pressure source) such as a hydraulic pump, a hydraulic motor driven by pressure oil supplied from the hydraulic source, and a hydraulic actuator (hydraulic actuator) such as a hydraulic cylinder. It is configured to include a spool valve (spool valve device) such as a directional control valve provided between the hydraulic source and the hydraulic actuator to switch between supply and discharge of pressure oil to the hydraulic actuator.
ここで、油圧システムに用いられるスプール弁は、入力された指令に応じてスプールと呼ばれる弁体を軸方向に変位させることで開口量を調整し、油圧システムの流速、圧力および方向を制御する役割を持っている。また、スプール(のランド)には、流量制御性能の向上、油撃抑制のために、ノッチと呼ばれる切り欠きが設けられている。ノッチは、スプールの位置に応じて、ハウジングとの間で流路面積が他の部分よりも小さくなる絞り部を形成するものである。 Here, the spool valve used in the hydraulic system has a role of adjusting the opening amount by displacing the valve body called the spool in the axial direction in response to an input command and controlling the flow velocity, pressure and direction of the hydraulic system. have. In addition, the spool (land) is provided with a notch called a notch in order to improve the flow rate control performance and suppress oil impact. The notch forms a throttle portion with the housing whose flow path area is smaller than that of other portions, depending on the position of the spool.
このような絞り部(ノッチ)を作動油等の液体が通過するとき、ベルヌーイの法則に従い流速が急激に増加し、同時に圧力が急激に低下する。このとき、この急激な圧力低下に伴って、液体の圧力が、その液体の種類(液種)によって決定される飽和蒸気圧よりも低くなると、液体中に気泡が発生し膨張するキャビテーションが発生する。さらに、絞り部で発生した気泡は、高速流体噴流(キャビテーション噴流)に乗って絞り部の下流側へと流される。 When a liquid such as hydraulic oil passes through such a throttle portion (notch), the flow velocity sharply increases and at the same time the pressure sharply drops according to Bernoulli's principle. At this time, if the pressure of the liquid becomes lower than the saturated vapor pressure determined by the type (liquid type) of the liquid due to this sudden pressure drop, cavitation occurs in which bubbles are generated in the liquid and the liquid expands. .. Further, the bubbles generated in the throttle portion are carried on the high-speed fluid jet (cavitation jet) and flowed to the downstream side of the throttle portion.
このとき、キャビテーションの発生部の圧力Pcとこれよりも下流部の圧力Pdとの関係はPc<Pdであるため、下流に流される気泡周囲の圧力は徐々に回復し、やがて気泡はこの回復してきた圧力によって押し潰される。そして、この気泡が押し潰されて崩壊した瞬間、局所的に高い衝撃圧が発生し、これが機器部材表面を損傷させ、エロージョン(壊食)が発生する可能性がある。このエロージョンが弁体または弁構成部品に生じると、機器の信頼性が低下する可能性がある。 At this time, since the relationship between the pressure Pc at the cavitation generating portion and the pressure Pd at the downstream portion is Pc <Pd, the pressure around the bubbles flowing downstream gradually recovers, and the bubbles eventually recover. It is crushed by the pressure. Then, at the moment when the bubbles are crushed and collapsed, a high impact pressure is locally generated, which may damage the surface of the equipment member and cause erosion (erosion). If this erosion occurs on the valve body or valve components, the reliability of the equipment can be reduced.
このようなエロージョンの抑制を図る技術として、例えば、特許文献1には、絞り部で発生したキャビテーション噴流が衝突するスプール壁面に環状溝を設け、この環状溝内にキャビテーション噴流の気泡を溜めるようにした流量制御弁が記載されている。 As a technique for suppressing such erosion, for example, in Patent Document 1, an annular groove is provided on the spool wall surface where the cavitation jet generated in the throttle portion collides, and bubbles of the cavitation jet are accumulated in the annular groove. The flow control valve is described.
ところで、図13は、スプール101の段差面102に環状溝103が設けられた比較例を示している。即ち、比較例では、スプール101のエッジ104とハウジング105とにより形成される環状の絞り部106で生じるキャビテーション噴流の衝突部位に、環状溝103が設けられている。この構成の場合、油の流れは、環状の絞り部106から環状溝103に流入し、この環状溝103内で激しい乱流場を形成した後、環状溝103から下流側へ流出する。このため、スプール弁を通過する油の流れは、図13に矢印で示すように複雑な流線を形成し、流れ損失が増大する可能性がある。
By the way, FIG. 13 shows a comparative example in which the
次に、スプール101にノッチ107が設けられている場合を考える。この場合、図示は省略するが、ノッチ107のみを通じて油が下流側に流れているときに、ハウジング105とノッチ107とにより形成される絞り部で生じるキャビテーション噴流が衝突する部位は、段差面102のうちノッチ107と対面する部位のみに限定される。このとき、段差面102に環状溝103が設けられていると、キャビテーション噴流に対して環状溝103が大き過ぎて、環状溝103に気泡を十分に溜めることができず、エロージョンを抑制できない可能性がある。
Next, consider the case where the
また、絞り部がノッチ107とハウジング105とにより形成される場合は、キャビテーション噴流が特定の部位に集中的に衝突するのに対して、エッジ104とハウジング105とにより環状の絞り部106が形成される場合は、キャビテーション噴流が環状のエッジ104を起点に放射状に発生する。これにより、キャビテーション噴流は、下流部の広範囲に分散して衝突する。このため、エロージョン発生への寄与が大きい流れ状態は、ノッチ107により絞り部が形成されているときである。従って、これらを踏まえると、特許文献1の環状溝の技術を採用しても、エロージョン抑制効果を十分に得られず、かつ、不必要な流れ損失を生じさせる可能性が高いと考えられる。
Further, when the throttle portion is formed by the
本発明はこのような課題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できるスプール弁装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a spool valve device capable of both suppressing erosion and suppressing flow loss.
本発明のスプール弁装置は、スプール摺動穴を有し、前記スプール摺動穴の軸方向にそれぞれ離間して複数のポートが設けられた筒状のハウジングと、前記ハウジングのスプール摺動穴に移動可能に挿嵌され、前記各ポート間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部とくびれとなる小径部とが軸方向に隣り合って設けられたスプールと、前記スプールの前記大径部と前記小径部とを接続する段差面と前記大径部との境界部に位置して前記大径部に設けられ、前記スプールが移動するときに前記各ポート間を小流量で連通させるノッチとを備えてなるスプール弁装置において、前記各ポートが前記ノッチを通じて連通したときに高圧側のポートから流れ込む作動油が衝突する前記スプールの前記段差面には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴が設けられている。 The spool valve device of the present invention has a tubular housing having a spool sliding hole and having a plurality of ports separated from each other in the axial direction of the spool sliding hole, and a spool sliding hole of the housing. A spool that is movably inserted and has a large diameter portion that serves as a land for communicating or blocking between the ports and a small diameter portion that serves as a constriction are provided adjacent to each other in the axial direction, and the large diameter portion of the spool. A notch located at the boundary between the stepped surface connecting the portion and the small diameter portion and the large diameter portion and provided in the large diameter portion to communicate between the ports at a small flow rate when the spool moves. In the spool valve device provided with the above, the gas contained in the working fluid is used as bubbles on the stepped surface of the spool where the hydraulic oil flowing from the port on the high pressure side collides when the respective ports communicate with each other through the notch. There is a bottomed hole for storing.
本発明によれば、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できる。 According to the present invention, both suppression of erosion and suppression of flow loss can be achieved at the same time.
以下、本発明のスプール弁装置の実施の形態を、油圧ショベルに搭載された方向制御弁に適用した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the spool valve device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, taking as an example a case where the embodiment of the spool valve device of the present invention is applied to a directional control valve mounted on a hydraulic excavator.
図1ないし図6は、第1の実施の形態を示している。図1において、建設機械の代表例である油圧ショベル1は、自走可能なクローラ式の下部走行体2と、下部走行体2上に設けられた旋回装置3と、下部走行体2上に旋回装置3を介して旋回可能に搭載された上部旋回体4と、上部旋回体4の前側に設けられ掘削作業等を行う多関節構造の作業装置5とを含んで構成されている。この場合、下部走行体2と上部旋回体4は、油圧ショベル1の車体を構成している。
1 to 6 show the first embodiment. In FIG. 1, the hydraulic excavator 1, which is a typical example of a construction machine, has a self-propelled crawler-type lower traveling
下部走行体2は、例えば、履帯2Aと、該履帯2Aを周回駆動させることにより油圧ショベル1を走行させる左,右の走行用油圧モータ(図示せず)とを含んで構成されている。下部走行体2は、後述のメイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧モータ(油圧アクチュエータ)である走行用油圧モータが回転することにより、上部旋回体4および作業装置5と共に走行する。
The lower traveling
作業機またはフロントとも呼ばれる作業装置5は、例えば、ブーム5A、アーム5B、作業具としてのバケット5Cと、これらを駆動する油圧アクチュエータ(液圧アクチュエータ)としてのブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ(作業具シリンダ)5Fとを含んで構成されている。作業装置5は、メイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧シリンダであるシリンダ5D,5E,5Fが伸長または縮小することにより、俯仰の動作をする。なお、後述の図2の油圧回路図では、図面が複雑になることを避けるために、主としてブームシリンダ5Dに関する油圧回路を示しており、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、前述の左,右の走行用油圧モータ、後述の旋回用油圧モータに関する油圧回路を省略している。
The working device 5, which is also called a working machine or a front, includes, for example, a
上部旋回体4は、旋回軸受、旋回用油圧モータ、減速機構等を含んで構成される旋回装置3を介して、下部走行体2上に搭載されている。上部旋回体4は、メイン油圧ポンプ13(図2参照)からの圧油の供給に基づいて、油圧モータ(油圧アクチュエータ)である旋回用油圧モータが回転することにより、下部走行体2上で作業装置5と共に旋回する。上部旋回体4は、上部旋回体4の支持構造体(ベースフレーム)となる旋回フレーム6と、旋回フレーム6上に搭載されたキャブ7、カウンタウエイト8等とを含んで構成されている。この場合、旋回フレーム6上には、エンジン12に加えて、図2に示す油圧ポンプ13,19、作動油タンク14等が搭載されている。
The upper
旋回フレーム6は、旋回装置3を介して下部走行体2に取付けられている。旋回フレーム6の前部左側には、内部が運転室となったキャブ7が設けられている。旋回フレーム6の後端側には、作業装置5との重量バランスをとるためのカウンタウエイト8が設けられている。キャブ7とカウンタウエイト8との間は、エンジン12、油圧ポンプ13,19(図2参照)等が収容される機械室9となっている。さらに、上部旋回体4(旋回フレーム6)のほぼ中央(中心)には、後述の制御弁装置21が設置されている。
The swivel frame 6 is attached to the
ここで、キャブ7内には、オペレータが着席する運転席(図示せず)が設けられている。運転席の周囲には、油圧ショベル1を操作するための操作装置(図2にブーム用レバー操作装置22のみ図示)が設けられている。操作装置は、例えば、運転席の前側に設けられた左,右の走行用レバー・ペダル操作装置と、運転席の左右両側にそれぞれ設けられた左,右の作業用レバー操作装置とを含んで構成されている。
Here, a driver's seat (not shown) in which the operator is seated is provided in the
左,右の走行用レバー・ペダル操作装置は、下部走行体2を走行させるときにオペレータにより操作される。左,右の作業用レバー操作装置は、作業装置5を動作させるとき、および、上部旋回体4を旋回させるときにオペレータにより操作される。なお、後述の図2の油圧回路図では、各種の操作装置(走行用操作装置および作業用操作装置)のうち作業装置5のブーム5Aを操作(揺動)するためのブーム用レバー操作装置22のみを示している(左,右の走行用レバー・ペダル操作装置、旋回用レバー操作装置、アーム用レバー操作装置、バケット用レバー操作装置等を省略している)。ブーム用レバー操作装置22は、例えば、右側の作業用レバー操作装置の前後方向の操作に対応するものである。
The left and right traveling lever / pedal operating devices are operated by the operator when the
操作装置は、オペレータの操作(レバー操作、ペダル操作)に応じたパイロット信号(パイロット圧)を、複数の方向制御弁(図2にブーム用方向制御弁31のみ図示)からなる制御弁装置21に出力する。これにより、オペレータは、走行用油圧モータ、作業装置5のシリンダ5D,5E,5F、旋回装置3の旋回用油圧モータを動作(駆動)させることができる。なお、後述の図2の油圧回路図では、制御弁装置21を構成する複数の方向制御弁のうち、ブーム用方向制御弁31のみを示している(例えば、左走行用方向制御弁、右走行用方向制御弁、旋回用方向制御弁、アーム用方向制御弁、バケット用方向制御弁等を省略している)。
The operating device sends a pilot signal (pilot pressure) according to an operator's operation (lever operation, pedal operation) to a
次に、油圧ショベル1を駆動するための油圧駆動装置(油圧システム)について、図1に加え、図2も参照しつつ説明する。 Next, a hydraulic drive device (hydraulic system) for driving the hydraulic excavator 1 will be described with reference to FIG. 2 in addition to FIG.
図2に示すように、油圧ショベル1は、メイン油圧ポンプ13から供給される圧油に基づいて油圧ショベル1を動作(駆動)させる油圧回路11を備えている。油圧回路11は、油圧アクチュエータ(以下、単にシリンダ5Dともいう)を含むメイン油圧回路11Aと、シリンダ5Dを操作するためのパイロット油圧回路11Bとを含んで構成されている。
As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator 1 includes a
即ち、油圧回路11は、シリンダ5Dと、エンジン12(図1参照)と、メイン油圧ポンプ13と、タンクとしての作動油タンク14と、パイロット油圧ポンプ19と、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)と、操作装置(以下、単にレバー操作装置22ともいう)とを含んで構成されている。そして、油圧回路11のメイン油圧回路11Aは、シリンダ5Dに加え、エンジン12と、メイン油圧ポンプ13と、作動油タンク14と、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)と、ポンプ管路としてのメイン吐出管路15と、タンク管路としての戻り管路16と、一側アクチュエータ管路としてのボトム側管路17と、他側アクチュエータ管路としてのロッド側管路18とを備えている。一方、油圧回路11のパイロット油圧回路11Bは、エンジン12と、パイロット油圧ポンプ19と、作動油タンク14と、レバー操作装置22と、パイロット吐出管路20と、一側パイロット管路としての伸長側パイロット管路23と、他側パイロット管路としての縮小側パイロット管路24とを備えている。
That is, the
エンジン12(図1参照)は、旋回フレーム6に搭載されている。エンジン12は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関によって構成されている。エンジン12の出力側には、メイン油圧ポンプ13、および、パイロット油圧ポンプ19が取付けられている。これら油圧ポンプ13,19は、エンジン12によって回転駆動される。なお、油圧ポンプ13,19を駆動するための駆動源(動力源)は、内燃機関となるエンジン12単体で構成できる他、例えば、エンジンと電動モータ、または、電動モータ単体により構成してもよい。
The engine 12 (see FIG. 1) is mounted on the swivel frame 6. The
メイン油圧ポンプ13は、エンジン12に機械的に(即ち、動力伝達可能に)接続されている。メイン油圧ポンプ13は、シリンダ5Dを含むメイン油圧回路11Aに圧油を供給する。メイン油圧ポンプ13は、例えば、可変容量型の油圧ポンプ、より具体的には、可変容量型の斜板式、斜軸式またはラジアルピストン式油圧ポンプによって構成されている。なお、図2では、メイン油圧ポンプ13を1台の油圧ポンプで示しているが、例えば、2台以上の複数の油圧ポンプにより構成することができる。
The main
メイン油圧ポンプ13は、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)を介してシリンダ5Dに接続されている。メイン油圧ポンプ13は、シリンダ5Dに圧油を供給する。なお、図示は省略するが、メイン油圧ポンプ13は、例えば、ブームシリンダ5Dの他、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fにも圧油を供給する。
The main
メイン油圧ポンプ13は、作動油タンク14に貯溜された作動油を圧油としてメイン吐出管路15に吐出する。メイン吐出管路15に吐出された圧油は、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)を介してブームシリンダ5D(のボトム側油室またはロッド側油室)に供給され、ブームシリンダ5D(のロッド側油室またはボトム側油室)の圧油は、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31)および戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。このように、メイン油圧ポンプ13は、作動油を貯留する作動油タンク14と共に、メインの油圧源を構成している。
The main
パイロット油圧ポンプ19は、メイン油圧ポンプ13と同様に、エンジン12に機械的に接続されている。パイロット油圧ポンプ19は、シリンダ5Dを操作するためのパイロット油圧回路11Bに圧油を供給する。パイロット油圧ポンプ19は、例えば、固定容量型の歯車ポンプまたは斜板式油圧ポンプによって構成されている。パイロット油圧ポンプ19は、作動油タンク14に貯溜された作動油を圧油としてパイロット吐出管路20に吐出する。即ち、パイロット油圧ポンプ19は、作動油タンク14と共にパイロット油圧源を構成している。
The pilot
パイロット油圧ポンプ19は、レバー操作装置22と接続されている。パイロット油圧ポンプ19は、レバー操作装置22に圧油(1次圧)を供給する。この場合、パイロット油圧ポンプ19の圧油は、レバー操作装置22を介して、制御弁装置21(ブーム用方向制御弁31の油圧パイロット部31A,31B)に供給される。
The pilot
制御弁装置21は、ブーム用方向制御弁31を含む複数の方向制御弁からなる制御弁群である。制御弁装置21は、メイン油圧ポンプ13から吐出された圧油を、ブーム用レバー操作装置22を含む各種の操作装置の操作に応じて、ブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、走行用油圧モータ、および、旋回用油圧モータに分配する。なお、以下の説明は、ブーム用方向制御弁31(以下、単に方向制御弁31ともいう)を制御弁装置21の代表例として説明する。
The
方向制御弁31は、キャブ7内に配置されたレバー操作装置22の操作による切換信号(パイロット圧)に応じて、メイン油圧ポンプ13からシリンダ5Dに供給される圧油の方向を制御する。これにより、シリンダ5Dは、メイン油圧ポンプ13から供給(吐出)される圧油(作動油)によって駆動(伸長、縮小)される。方向制御弁31は、パイロット操作式の方向制御弁、例えば、5ポート3位置(または、6ポート3位置、4ポート3位置)の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。
The
方向制御弁31は、メイン油圧ポンプ13とシリンダ5Dとの間でシリンダ5Dに対する圧油の供給と排出を切換えることにより、シリンダ5Dを伸長または縮小させる。方向制御弁31の油圧パイロット部31A,31Bには、レバー操作装置22の操作に基づく切換信号(パイロット圧)が供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(B),(C)に切換操作される。
The
レバー操作装置22は、上部旋回体4のキャブ7内に配置されている。レバー操作装置22は、例えば、レバー式の減圧弁型パイロット弁により構成されている。レバー操作装置22には、パイロット油圧ポンプ19からの圧油(1次圧)がパイロット吐出管路20を通じて供給される。レバー操作装置22は、オペレータのレバー操作に応じたパイロット圧(2次圧)を、伸長側パイロット管路23または縮小側パイロット管路24を介して方向制御弁31に出力する。
The
即ち、レバー操作装置22は、オペレータによって操作されることにより、その操作量に比例したパイロット圧を方向制御弁31の油圧パイロット部31A,31Bに供給(出力)する。例えば、レバー操作装置22がシリンダ5Dを伸長させる方向に操作されると(即ち、ブーム5Aを上げるための上げ操作がされると)、この操作により発生したパイロット圧は、伸長側パイロット管路23を介して方向制御弁31の油圧パイロット部31Aに供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(B)に切換わり、メイン油圧ポンプ13からの圧油がボトム側管路17を介してシリンダ5Dのボトム側油室に供給され、シリンダ5Dのロッド側油室の圧油がロッド側管路18、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。
That is, the
これに対して、例えば、レバー操作装置22がシリンダ5Dを縮小させる方向に操作されると(即ち、ブーム5Aを下げるための下げ操作がされると)、この操作により発生したパイロット圧は、縮小側パイロット管路24を介して方向制御弁31の油圧パイロット部31Bに供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(C)に切換わり、メイン油圧ポンプ13からの圧油がロッド側管路18を介してシリンダ5Dのロッド側油室に供給され、シリンダ5Dのボトム側油室の圧油がボトム側管路17、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻る。
On the other hand, for example, when the
次に、スプール弁装置としての方向制御弁31について、図1および図2に加え、図3ないし図6も参照しつつ説明する。
Next, the
スプール弁とも呼ばれる方向制御弁31は、油圧源(メイン油圧ポンプ13および作動油タンク14)と油圧アクチュエータ(シリンダ5D)との間に設けられている。方向制御弁31は、スプール39を図2の(A)に示す中立位置から例えば(B)または(C)に示す切換位置に摺動変位させることにより、シリンダ5Dに供給、排出する圧油の方向および流量を制御する。図3に示すように、方向制御弁31は、ハウジング32と、スプール39とを含んで構成されている。
The
ハウジング32は、方向制御弁31の弁本体(弁ハウジング)を構成するものである。ハウジング32は、筒状に形成されており、ハウジング32の内周側は、スプール摺動穴33となっている。即ち、ハウジング32は、軸方向(図3の左,右方向)に延びる弁収容穴としてのスプール摺動穴33を有している。ハウジング32の一側(例えば、図3の右側)には、スプール摺動穴33の一側開口に対面するように一側キャップ(図示せず)が取付けられており、ハウジング32の他側(例えば、図3の左側)には、スプール摺動穴33の他側開口に対面するように他側キャップ(図示せず)が取付けられている。両方のキャップ内または片方のキャップ内には、スプールを中立位置(A)に保持するためのセンタリングスプリング31C,31D(図2参照)が設けられている。
The
図3に示すように、スプール摺動穴33には、複数の凹溝34,35が設けられている。この場合、スプール摺動穴33には、例えば5個の凹溝34,35、具体的には、軸方向中央部に位置する中央凹溝34、中央凹溝34よりも軸方向一側(図3の右側)に位置する一側凹溝35、一側凹溝35よりも軸方向一側(スプール摺動穴33の一端側)に位置する一端側凹溝(図示せず)、中央凹溝34よりも軸方向他側(図3の左側)に位置する他側凹溝(図示せず)、他側凹溝よりも軸方向他側(スプール摺動穴33の他端側)に位置する他端側凹溝(図示せず)が設けられている。なお、図3では、5個の凹溝34,35のうち、中央凹溝34とこの中央凹溝34よりも軸方向一側に設けられた一側凹溝35との2つの凹溝34,35を示している。
As shown in FIG. 3, the
複数の凹溝34,35は、いずれもスプール摺動穴33の全周にわたって環状に形成されている。また、各凹溝34,35は、スプール摺動穴33の軸方向にわたってそれぞれ離間して設けられている。この場合、各凹溝34,35の間は、それぞれスプール摺動穴33の内径側に向けて全周にわたって突出する切換部36,36となっている。さらに、ハウジング32には、スプール摺動穴33の軸方向にそれぞれ離間して複数のポート37,38が設けられている。ポート37,38は、圧油の流通する通路(油路)となるものである。この場合、ハウジング32には、例えば5個のポート37,38、具体的には、ポンプポート37、一対のアクチュエータポート38、および、一対のタンクポート(図示せず)が設けられている。なお、図3では、5個のポート37,38のうち、ポンプポート37と一方のアクチュエータポート38との2つのポート37,38を示している。
The plurality of
ポンプポート37は、スプール摺動穴33の中央凹溝34に対応して設けられている。ポンプポート37は、ハウジング32の外面に開口する一側がメイン吐出管路15に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が中央凹溝34に連通している。一対のアクチュエータポート38のうち一方のアクチュエータポート38は、スプール摺動穴33の一側凹溝35に対応して設けられている。一方のアクチュエータポート38は、例えば、ハウジング32の外面に開口する一側がロッド側管路18に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が一側凹溝35に連通している。これに対して、他方のアクチュエータポートは、スプール摺動穴33の他側凹溝に対応して設けられている。他方のアクチュエータポートは、例えば、ハウジング32の外面に開口する一側がボトム側管路17に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が他側凹溝に連通している。
The
一対のタンクポートのうち一方のタンクポートは、スプール摺動穴33の一端側凹溝に対応して設けられている。一方のタンクポートは、ハウジング32の外面に開口する一側が戻り管路16に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が一端側凹溝に連通している。これに対して、他方のタンクポートは、スプール摺動穴33の他端側凹溝に対応して設けられている。他方のタンクポートは、ハウジング32の外面に開口する一側が戻り管路16に接続され、スプール摺動穴33に開口する他側が他端側凹溝に連通している。これにより、ハウジング32には、切換部36,36を挟んでスプール摺動穴33の軸方向に複数のポート37,38が設けられている。
One of the pair of tank ports is provided so as to correspond to the concave groove on one end side of the
弁体であるスプール39は、ハウジング32のスプール摺動穴33に移動可能(摺動可能)に挿嵌されている。スプール39は、油圧パイロット部31A,31Bに供給されるパイロット圧に応じて、スプール摺動穴33内を軸方向に摺動変位する。これにより、スプール39は、複数のポート37,38を互いに連通または遮断する。このために、スプール39には、各ポート37,38間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部40,41とくびれとなる小径部42とが軸方向に隣り合って設けられている。即ち、スプール39の軸方向中間部には、径方向寸法が大きい外周面を有する中央大径部40が設けられている。また、スプール39の軸方向両端側には、それぞれ中央大径部40と同じ外径寸法の外周面を有する一側大径部41と他側大径部(図示せず)とが設けられている。
The
これら各大径部40,41は、スプール摺動穴33に対して軸方向に摺動する。この場合、各大径部40,41の間は、小径部42となっている。小径部42と大径部40,41との間は、環状の段差面43によって接続されている。そして、各大径部40,41の間は、小径部42の外周面42Aと段差面43,43とにより構成される油溝44となっている。即ち、各大径部40,41の間は、スプール39の内径側に向けて全周にわたって凹入する油溝44となっている。換言すれば、スプール39には、各ポート間37,38を連通または遮断させるため、軸方向に離間してくびれ部となる油溝44と摺動部となる大径部40,41とが設けられている。油溝44は、スプール39の軸方向位置に応じて、ポンプポート37(凹溝34)とアクチュエータポート38(凹溝35)とを連通する油路を形成する。
Each of these
即ち、スプール39が、図2に示す中立位置から左方向に変位すると、中央凹溝34と一側凹溝35との間が、中央大径部40と一側大径部41との間の油溝44を介して連通される。これと共に、他側凹溝と他端側凹溝との間が、中央大径部40と他側大径部との間の油溝を介して連通される。この場合、メイン油圧ポンプ13から吐出された圧油は、メイン吐出管路15、ポンプポート37、中央凹溝34、切換部36と油溝44との間、および、一側凹溝35を介して一方のアクチュエータポート38へと導かれ、ロッド側管路18を介してシリンダ5Dのロッド側油室に供給される。一方、シリンダ5Dのボトム側油室の圧油は、ボトム側管路17、他方のアクチュエータポート、他側凹溝、切換部とスプールの油溝との間、および、他端側凹溝を介して他方のタンクポートへと導かれ、戻り管路16を介して作動油タンク14に戻される。これにより、シリンダ5Dを縮小させることができる。
That is, when the
ここで、中央大径部40の外周面と段差面43との境界は、環状のエッジ45となっている。そして、図3ないし図6に示すように、スプール39の中央大径部40には、この中央大径部40と段差面43(油溝44)との境界部(エッジ45)に位置してノッチ46が設けられている。ノッチ46は、スプール39が移動するときに各ポート37,38間を小流量で連通させる。即ち、中央大径部40の一端側(右端側)には、軸方向に延びるノッチ46が形成されている。実施の形態では、ノッチ46は、例えば、幅寸法および深さ寸法がスプール39の軸方向に関して一定となった四角形状の切り欠き(ノッチ)となっている。
Here, the boundary between the outer peripheral surface of the central large-
ノッチ46は、隣り合う凹溝34,35の間、即ち、ポンプポート37とアクチュエータポート38との間を流れる圧油を小流量で連通させる。即ち、ノッチ46は、スプール39が移動するときに各ポート37,38間を連通させる位置(クラッキング位置)で各ポート37,38間を小流量で連通させる。これにより、スプール39とハウジング32(スプール摺動穴33の切換部36)との間には、スプール39の軸方向位置に応じて、図5に示す絞り部47、または、図6に示す環状の絞り部48が形成される。図5に示す絞り部47は、スプール39のノッチ46とハウジング32(の切換部36)とにより形成される流路面積の小さな開口部である。図6に示す絞り部48は、スプール39のエッジ45とハウジング32(の切換部36)とにより形成される環状の開口部である。図6の開口部(絞り部48)の流路面積は、図5の環状の開口部(絞り部47)の流路面積よりも大きい。
The
ここで、ハウジング32(の切換部36)とスプール39の中央大径部40との開口部を圧油が通過するとき、この開口部の開口量が小さいと、即ち、開口部の流路面積が小さいと、この開口部が絞り部47,48となり、液体中(作動油中)に気泡が発生して膨張するキャビテーションが発生する可能性がある。そして、絞り部47,48で発生した気泡は、高速流体噴流であるキャビテーション噴流49に乗って絞り部47,48の下流側へと流される。
Here, when the pressure oil passes through the opening between the housing 32 (switching portion 36) and the central
このとき、絞り部47,48よりも下流部の圧力が高くなるため、気泡の周囲の圧力は徐々に回復し、やがて気泡はこの回復してきた圧力によって押し潰される。そして、この気泡が押し潰されて崩壊した瞬間、局所的に高い衝撃圧が発生し、機器部材表面、例えば、スプール39の段差面43、大径部41の外周面、ハウジング32(の一側凹溝35)の内面等にエロージョンが発生する可能性がある。
At this time, since the pressure in the downstream portion is higher than that in the
これに対して、図13は、比較例を示している。この図13中の細線の矢印は、圧油の流通方向を示している。図5、図6等のその他の図でも、細線の矢印は、圧油の流通方向を示している。図13の比較例では、スプール101の段差面102に環状溝103が設けられている。この構成の場合、油の流れは、図13中の細線の矢印で示すように、環状の絞り部106から環状溝103に流入し、この環状溝103内で激しい乱流場を形成した後、環状溝103から下流側へ流出する。即ち、油の流れは、複雑な流線を形成し、流れ損失が増大する可能性がある。一方、ノッチ107のみを通じて油が下流側に流れているときは、ハウジング105とノッチ107とにより形成される絞り部で生じるキャビテーション噴流が衝突する部位は、段差面102のうちノッチ107と対面する部位のみに限定される。このため、段差面102に環状溝103が設けられていると、キャビテーション噴流に対して環状溝103が大き過ぎて、環状溝103に気泡を十分に溜めることができず、エロージョンを抑制できない可能性がある。
On the other hand, FIG. 13 shows a comparative example. The thin arrow in FIG. 13 indicates the flow direction of the pressure oil. In other figures such as FIGS. 5 and 6, the thin arrow indicates the flow direction of the pressure oil. In the comparative example of FIG. 13, an
そこで、本実施の形態では、図3ないし図6に示すように、各ポート37,38がノッチ46を通じて連通したときに高圧側のポンプポート37から流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43には、この段差面に開口する有底穴50が設けられている。有底穴50は、作動流体が含有する気体を気泡として溜めるものである。即ち、スプール39のくびれ部(油溝44)のうちノッチ46が設けられた段差面43とは反対の段差面43で、かつ、ノッチ46で生じる噴流が衝突する部位には、段差面43に対して垂直な小穴となる有底穴50が設けられている。有底穴50を設ける部位、即ち、噴流衝突部位は、例えば、作動流体の流れの可視化実験や流体解析等を用いて同定(特定)することができる。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3 to 6, when the
例えば、第1の実施の形態では、有底穴50は、段差面43に設けられている。即ち、有底穴50は、段差面43に開口している。また、有底穴50は、スプール39の中心軸線に対して平行に延びている。また、有底穴50は、スプール39の径方向に関してノッチ46の最深部46Aよりも内径側に設けられている。さらに、有底穴50は、段差面43のうちスプール39の周方向に関してノッチ46と対応する位置に設けられている。換言すれば、ノッチ46と有底穴50は、スプール39の周方向の位相を一致させている。即ち、ノッチ46と有底穴50は、スプール39の軸方向に対面している。
For example, in the first embodiment, the bottomed
また、有底穴50は、円形穴としている。そして、図4に示すように、有底穴50の内径をDbとし、有底穴50の深さをHbとし、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の直径をDjとする。この場合に、有底穴50の内径Dbは、キャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上3倍以下としている。即ち、有底穴50の内径Dbとキャビテーション噴流49の直径Djとの関係は、下記の数1式の関係となるように設定している。なお、キャビテーション噴流49の直径Djは、例えば、段差面43での直径Dj(即ち、ノッチ46の出口部から長さL離れた位置での直径Dj)とすることができる。
The bottomed
また、有底穴50の深さHbは、有底穴50の内径Dbの1/2(有底穴50の半径)よりも大きくなっている。即ち、有底穴50の深さHbと内径Dbとの関係は、下記の数2式の関係となるように設定している。なお、第1の実施の形態では、有底穴50の深さHbは、スプール39の軸方向に関する段差面43からの長さ(深さ)となっている。
Further, the depth Hb of the bottomed
ここで、キャビテーション噴流49の直径Djは、キャビテーション噴流49の発生部であるノッチ46の出口部からの距離(長さL)に従って変化する。即ち、キャビテーション噴流49の直径Djは、下記の数3式にて定義される。
Here, the diameter Dj of the
ここで、Dnは、ノッチ46の出口部での開口面積を円の断面積と仮定した場合の仮想円の径(直径)である。また、C(L)は、ノッチ46の出口部から噴流衝突部(段差面43)までの長さLに依存するキャビテーション噴流49の直径Djの変化率である。この変化率C(L)の値は、実験計測や流体解析を用いて把握することができる。これにより、数3式に基づいて、有底穴50の内径Dbは、ノッチ46の出口部から段差面43までの長さLとノッチ46の径との関係から設定することができる。
Here, Dn is the diameter (diameter) of the virtual circle when the opening area at the outlet of the
なお、図示は省略するが、例えば、スプールに複数のノッチを設ける場合は、ノッチに対して対となるように、段差面に複数の有底穴を設けることができる。また、有底穴の底面は必ずしも平面である必要はなく、ドリル等の工具形状やRを有した球面形状等であってもよい。 Although not shown, for example, when a plurality of notches are provided on the spool, a plurality of bottomed holes may be provided on the stepped surface so as to be paired with the notches. Further, the bottom surface of the bottomed hole does not necessarily have to be flat, and may be a tool shape such as a drill or a spherical shape having R.
第1の実施の形態による油圧ショベル1および方向制御弁31は、上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。
The hydraulic excavator 1 and the
キャブ7に搭乗したオペレータがエンジン12を始動させると、エンジン12によって油圧ポンプ13,19が駆動される。これにより、メイン油圧ポンプ13から吐出した圧油は、キャブ7内に設けられた走行用操作装置および作業用操作装置(レバー操作装置22)のレバー操作、ペダル操作に応じて、走行油圧モータ、旋回油圧モータ、作業装置5のブームシリンダ5D、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5Fに向けて吐出する。これにより、油圧ショベル1は、下部走行体2による走行動作、上部旋回体4の旋回動作、作業装置5による掘削作業等を行うことができる。
When the operator on the
ここで、レバー操作装置22が操作されると、この操作に応じて、パイロット油圧ポンプ19からレバー操作装置22を介して方向制御弁31の一方の油圧パイロット部31Aまたは他方の油圧パイロット部31Bにパイロット圧が供給される。これにより、方向制御弁31は、中立位置(A)から切換位置(B)または切換位置(C)に切換わる。このとき、メイン吐出管路15は、方向制御弁31を介して、ボトム側管路17とロッド側管路18とのうちの一方の管路17(18)に接続され、メイン油圧ポンプ13からの圧油がシリンダ5Dのボトム側油室とロッド側油室とのうちの一方の油室に供給される。これと共に、ボトム側管路17とロッド側管路18とのうちの他方の管路18(17)は、方向制御弁31を介して戻り管路16に接続され、シリンダ5Dのボトム側油室とロッド側油室とのうちの他方の油室の圧油が作動油タンク14へと導かれる。
Here, when the
このとき、図3に示すように、方向制御弁31の内部では、スプール39の軸方向の変位に伴って、ポンプポート37とアクチュエータポート38とがスプール39のノッチ46を介して連通する。ここで形成される油路、即ち、ノッチ46により形成される開口部(絞り部47)は、他の油路断面積よりも小さいため、ノッチ46で流速の増加および圧力の低下が発生し、これによりキャビテーションが発生する可能性がある。
At this time, as shown in FIG. 3, inside the
図4に示すように、ノッチ46で発生したキャビテーションは、気泡を含むキャビテーション噴流49となって、ハウジング32の切換部36と油溝44とで形成される油路へ噴射され、スプール39(の段差面43)の表面に設けられた有底穴50に流入する。この場合、図5に矢印で示すように、作動流体の流れ(キャビテーション噴流49)は、有底穴50の内部で折り返すように方向を変え、有底穴50の開口部から再び油路へと流出する。このとき、有底穴50に気泡溜りが形成される。
As shown in FIG. 4, the cavitation generated in the
次に、スプール39が図5の状態から図6に示すようにさらに軸方向に変位(ストローク)すると、ポンプポート37とアクチュエータポート38とがスプール39のエッジ45を介して連通する。ここで形成される油路、即ち、エッジ45により形成される環状の開口部(環状の絞り部48)も、他の油路断面積よりも小さいため、エッジ45でキャビテーションが発生する可能性がある。この場合、図6に矢印で示すように、作動流体の流れ(キャビテーション噴流49)は、ノッチ46で開口部(絞り部47)が形成される場合と異なり、放射状の流れとなる。即ち、放射状にキャビテーション噴流49が形成され、その大部分は、スプール39の油溝44の表面を沿うように流れ、そのままアクチュエータポート38へと流れ出る。
Next, when the
このように、第1の実施の形態によれば、高圧側のポート(ポンプポート37)からノッチ46を通じて流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43に、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴50が設けられている。このため、スプール39のノッチ46とハウジング32のスプール摺動穴33(切換部36)とにより形成される開口部(絞り部47)で発生したキャビテーション噴流49は、この噴流49が衝突する位置に設けられた有底穴50に流入し、この有底穴50内に気泡溜りが形成される。この気泡溜りは、キャビテーション噴流49の気泡の崩壊時に生じる衝撃圧を吸収する。即ち、気泡溜りが衝撃圧を吸収するクッションとなる。これにより、エロージョンに寄与する力を減衰することができ、エロージョンを抑制できる。
As described above, according to the first embodiment, the gas contained in the working fluid is used as bubbles on the stepped
一方、スプール39のエッジ45とハウジング32のスプール摺動穴33(切換部36)とにより環状の開口部(環状の絞り部48)が形成される場合は、ノッチ46により開口部(絞り部47)が形成される場合と比較して、キャビテーション噴流49もこの噴流49の衝突部も分散しているため、エロージョンのリスクが低くなる。しかも、発生したキャビテーション噴流49の大部分は、有底穴50以外の段差面43を沿うように流れるため、流線が複雑化することを抑制できる。即ち、キャビテーション噴流49の大部分をスプール39の油溝44の形状に沿ってスムーズに流すことができるため、流れ損失の増大を抑制できる。
On the other hand, when an annular opening (annular drawing portion 48) is formed by the
この結果、エロージョンの抑制と流れ損失の抑制とを両立できる。即ち、実施の形態では、エロージョンへの寄与度が高いノッチ46によってキャビテーションが生じる条件では、有底穴50によって噴流49の衝突部でのエロージョンを効果的に抑制できる。一方、噴流49が分散して比較的エロージョンへの寄与度が低い環状のエッジ45によってキャビテーションが生じる条件では、不必要な流れ損失を招くことを抑制できる。これにより、流れ損失を抑制しつつ、エロージョンに対するスプール弁装置(方向制御弁31)の寿命を長くすることができる。
As a result, both suppression of erosion and suppression of flow loss can be achieved. That is, in the embodiment, under the condition that cavitation is generated by the
第1の実施の形態によれば、有底穴50は、スプール39の径方向に関してノッチ46の最深部46Aよりも内径側に設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流49を有底穴50に安定して(効果的に)流入させることができる。
According to the first embodiment, the bottomed
第1の実施の形態によれば、有底穴50は、段差面43のうちスプール39の周方向に関してノッチ46と対応する位置に設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の軸方向に流れるキャビテーション噴流49を有底穴50に安定して(効果的に)流入させることができる。
According to the first embodiment, the bottomed
実施の形態によれば、有底穴50は円形穴であり、有底穴50の内径Dbはキャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上3倍以下であり、有底穴50の深さHbは有底穴50の内径Dbの1/2(半分)よりも大きくなっている。このため、有底穴50の加工が容易であり、かつ、有底穴50内に確実に気泡溜りを形成することができる。これにより、エロージョンへの寄与度が高いノッチ46によってキャビテーションが生じる条件において、噴流衝突部(段差面43)でのエロージョンをより効果的に抑制し、しかも、製造コストを抑えつつエロージョンに対するスプール弁装置(方向制御弁31)の寿命を長くすることができる。
According to the embodiment, the bottomed
次に、図7は、第2の実施の形態を示している。第2の実施の形態の特徴は、有底穴を段差面および小径部の外周面にわたって設けると共に、有底穴をキャビテーション噴流の流線に対して一致ないし平行に設ける構成としたことにある。なお、第2の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 7 shows a second embodiment. The feature of the second embodiment is that the bottomed hole is provided over the stepped surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion, and the bottomed hole is provided so as to coincide with or parallel to the streamline of the cavitation jet. In the second embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第2の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、高圧側のポンプポート37から流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴51が設けられている。ここで、第1の実施の形態では、有底穴50は、段差面43に設けられていた。これに対して、第2の実施の形態では、有底穴51は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。即ち、有底穴51は、段差面43および小径部42の外周面42Aに開口している。
Similar to the first embodiment, the second embodiment also collects the gas contained in the working fluid as bubbles on the stepped
また、有底穴51は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。即ち、有底穴51は、キャビテーション噴流49が進む方向と同方向に延びている。このために、有底穴51の中心軸は、ノッチ46から噴出するキャビテーション噴流49の流線と平行になるように、有底穴51の奥部(底部)に進む程、スプール39の中心軸線に近付く方向に傾斜している。なお、ここでの「平行」とは、完全な平行だけでなく、キャビテーション噴流49を有底穴51の奥部に安定して流入さることができる範囲で、多少のずれも含むものである。また、有底穴を、キャビテーション噴流の流線に対して一致(ないしほぼ一致)させてもよい。即ち、有底穴の中心軸線とキャビテーション噴流の流線とが同一直線上となるように一致(ないしほぼ一致)させてもよい。
Further, the bottomed
第2の実施の形態は、上述のような有底穴51により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第2の実施の形態によれば、有底穴51は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流49を、他の部分に衝突させずに有底穴51内に安定して(効果的に)流入させることができる。これに加えて、第2の実施の形態によれば、有底穴51は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。これにより、キャビテーション噴流49を有底穴51の奥部(底部)にまで安定して(効果的に)流入させると共に、有底穴51から安定して(効果的に)流出されることができる。
The second embodiment is to store the gas contained in the working fluid as bubbles by the bottomed
次に、図8ないし図11は、第3の実施の形態を示している。第3の実施の形態の特徴は、キー溝の如き有底穴を設けた構成としたことにある。なお、第3の実施の形態では、上述した第1の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIGS. 8 to 11 show a third embodiment. The feature of the third embodiment is that a bottomed hole such as a keyway is provided. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第3の実施の形態も、第1の実施の形態と同様に、高圧側のポンプポート37から流れ込む作動油が衝突するスプール39の段差面43には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴61が設けられている。第3の実施の形態では、キー溝の如き形状の有底穴61を、スプール39の中心軸線に対して垂直に開口するようにスプール39の段差面43に設けている。図9に示すように、有底穴61の開口は、略四角形状となっている。
Similar to the first embodiment, the third embodiment also collects the gas contained in the working fluid as bubbles on the stepped
図10に示すように、有底穴61の底面は、湾曲した凹窪面61Aとなっている。即ち、有底穴61は、R形状の底面(凹窪面61A)を有している。ここで、有底穴61の凹窪面61Aの半径をRrとし、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の直径をDjとし、スプール39の周方向に関する有底穴61の幅寸法をWrとし、有底穴61の深さをHrとする。この場合、凹窪面61Aの半径Rrは、キャビテーション噴流49の直径Djよりも大きくなっている。即ち、下記の数4式に示すように、凹窪面61Aの半径Rrは、少なくともノッチ46で発生するキャビテーション噴流49の直径(噴流径Dj)よりも大きくなっている。換言すれば、スプール39の径方向に関する有底穴61の寸法は、段差面43でのキャビテーション噴流49の直径Dj(即ち、ノッチ46の出口部から長さL離れた位置での直径Dj)の2倍よりも大きくなっている。
As shown in FIG. 10, the bottom surface of the bottomed
また、有底穴61の幅寸法Wrは、キャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上2倍以下となっている。即ち、有底穴61の幅寸法Wr(スプール39の周方向に関する幅寸法Wr)とキャビテーション噴流49の直径Djとの関係は、下記の数5式の関係となるように設定している。
Further, the width dimension Wr of the bottomed
さらに、有底穴61の深さHr(スプール39の軸方向に関する段差面43からの深さHr)は、有底穴61に流入するキャビテーション噴流49の流線と有底穴61から流出するキャビテーション噴流49の流線との成す角度が0°〜90°(0°≦なす角度≦90°)となる深さHrとなっている。これにより、有底穴61内に流入したキャビテーション噴流49を、有底穴61の凹窪面61Aの湾曲面(底面)に沿って折り返すように流すことができ、かつ、有底穴61の開口から0°ないし90°の角度を持って流出させることができる。このとき、図11に示すように、キャビテーション噴流49は、有底穴61の底面(凹窪面61A)をスムーズに流れることができ、有底穴61内に旋回流を形成することができる。旋回流は、旋回中心に比重の軽い気泡を溜めるため、有底穴61に安定した気泡溜りを形成することができる。これにより、キャビテーションの気泡が崩壊する時に生じる衝撃圧を効果的に吸収することができる。
Further, the depth Hr of the bottomed hole 61 (the depth Hr from the stepped
第3の実施の形態は、上述のような有底穴61により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第1の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第3の実施の形態によれば、有底穴61の底面を湾曲した凹窪面61Aとしている。また、凹窪面61Aの半径Rrをキャビテーション噴流49の直径Djよりも大きくしている。また、有底穴61の幅寸法Wrをキャビテーション噴流49の直径Djの1倍以上2倍以下としている。さらに、有底穴61の深さHrを、有底穴61に流入するキャビテーション噴流49の流線と有底穴61から流出するキャビテーション噴流49の流線との成す角度が0°〜90°となるように設定している。
The third embodiment is to store the gas contained in the working fluid as bubbles by the bottomed
このため、有底穴61に流入する流れ方向と流出する流れ方向とを同一直線上からずらすことができる。これにより、有底穴61内で強い旋回流を確実に発生させることができる。そして、旋回流が生じると、この旋回流れの中心の低圧部に気泡溜りを安定して形成できる。このため、エロージョンへの寄与度が高いノッチ46によってキャビテーションが生じる条件において、噴流衝突部(段差面43)でのエロージョンをより効果的に抑制し、エロージョンに対するスプール弁装置(方向制御弁31)の寿命を長くすることができる。
Therefore, the flow direction inflowing into the bottomed
次に、図12は、第4の実施の形態を示している。第4の実施の形態の特徴は、有底穴を段差面および小径部の外周面にわたって設けると共に、有底穴をキャビテーション噴流の流線に対して平行に設ける構成としたことにある。なお、第4の実施の形態では、上述した第3の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。 Next, FIG. 12 shows a fourth embodiment. The feature of the fourth embodiment is that the bottomed hole is provided over the stepped surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion, and the bottomed hole is provided parallel to the streamline of the cavitation jet. In the fourth embodiment, the same components as those in the third embodiment described above are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
第4の実施の形態も、第3の実施の形態と同様に、有底穴71の底面を湾曲した凹窪面71Aとしている。ここで、第3の実施の形態では、有底穴61は、段差面43に設けられていた。これに対して、第4の実施の形態では、有底穴71は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。即ち、有底穴71は、段差面43および小径部42の外周面42Aに開口している。この場合、有底穴71の深さ寸法(スプール39の軸方向に関する深さ寸法、および、スプール39の径方向に関する深さ寸法)は、有底穴71内に流入したキャビテーション噴流49が有底穴71の凹窪面71Aの湾曲面(底面)に沿って折り返すように流すことができ、かつ、有底穴71の開口から0°ないし90°の角度を持って流出させることができるように設定する。
Similarly to the third embodiment, the fourth embodiment also has a concave recessed
また、有底穴71は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。即ち、有底穴71は、キャビテーション噴流49が進む方向と同方向に延びている。このために、有底穴71の中心軸は、ノッチ46から噴出するキャビテーション噴流49の流線と平行になるように、有底穴71の奥部(底部)に進む程、スプール39の中心軸線に近付く方向に傾斜している。なお、ここでの「平行」とは、完全な平行だけでなく、キャビテーション噴流49を有底穴71の奥部に安定して流入さることができる範囲で、多少のずれも含むものである。
Further, the bottomed
第4の実施の形態は、上述のような有底穴71により作動流体が含有する気体を気泡として溜めるもので、その基本的作用については、上述した第3の実施の形態によるものと格別差異はない。特に、第4の実施の形態によれば、有底穴71は、段差面43および小径部42の外周面42Aにわたって設けられている。これにより、スプール39のノッチ46から噴出してスプール39の内径側に向けて流れるキャビテーション噴流49を、他の部分に衝突させずに有底穴71内に安定して(効果的に)流入させることができる。これに加えて、第4の実施の形態によれば、有底穴71は、ノッチ46から噴出して段差面43に向かうキャビテーション噴流49の流線に対して平行になっている。これにより、キャビテーション噴流49を有底穴71の奥部(底部)にまで安定して(効果的に)流入させることができる。この場合に、有底穴71に安定して旋回流を形成することができ、キャビテーション噴流49の気泡の崩壊時に生じる衝撃圧を効果的に吸収することができる。
The fourth embodiment is to store the gas contained in the working fluid as bubbles by the bottomed
なお、上述の第1の実施の形態では、スプール39のエッジ45に1個のノッチ46を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、スプールのエッジ(大径部と段差面との境界部)に複数個のノッチを周方向に等間隔に離間して形成してもよい。この場合、ノッチの数に合せて、段差面に有底穴を設けることができる。例えば、段差面には、複数のノッチとそれぞれ対となるように、これら各ノッチと軸方向に対面して複数の有底穴を設けることができる。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。
In the first embodiment described above, a case where one
上述の第1の実施の形態では、ノッチ46の幅寸法および深さ寸法をスプール39の軸方向に関して一定の四角形状の切り欠き(ノッチ)とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、Vノッチとしてもよい。より具体的には、ノッチの幅寸法を、段差面から離れる程小さくしてもよい。また、ノッチの幅寸法を、段差面から離れる程浅くしてもよい。即ち、ノッチは、各種形状のノッチを採用することができる。そして、有底穴の位置、断面形状、内径寸法、幅寸法、深さ寸法等は、ノッチの形状に応じて形成されるキャビテーション噴流の形状(断面形状)、噴出方向に合せて設定することができる。例えば、キャビテーション噴流は、ノッチの軸方向の長さ寸法が短い程、スプールの径方向の内側に向けて噴出する傾向となる。また、ノッチの形状(例えば、Vノッチの内面の軸線方向に対する傾斜角度、周方向の幅寸法等)に応じて、キャビテーション噴流の広がりも変化する。これらを考慮して、有底穴の位置、断面形状、内径寸法、幅寸法、深さ寸法等は、ノッチから噴出するキャビテーション噴流の気泡を有底穴に溜めることができるように、例えば、計算、実験、シミュレーション等により適切に設定する。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。
In the first embodiment described above, the case where the width dimension and the depth dimension of the
上述の第1の実施の形態では、高圧側のポートをポンプポート37とし、このポンプポート37からアクチュエータポート38に向けて作動油が流れるときに、この作動油が衝突するスプール39の段差面43にノッチ46と対応して有底穴50を設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、高圧側のポートをアクチュエータポートとし、このアクチュエータポートからタンクポートに向けて作動油が流れるときに、この作動油が衝突するスプールの段差面にノッチと対応して有底穴を設ける構成としてもよい。このことは、第2の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態についても同様である。
In the first embodiment described above, the port on the high pressure side is the
各実施の形態では、スプール弁装置として、ブームシリンダ5Dに対する圧油の供給と排出を切換える方向制御弁31を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、アームシリンダ5E、バケットシリンダ5F、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ等に用いる方向制御弁に適用してもよい。また、これ以外にも、圧力制御弁、流量制御弁等の各種のスプール弁装置(スプール弁)に適用することもできる。
In each embodiment, as the spool valve device, a
各実施の形態では、建設機械として、エンジン12により駆動されるエンジン式の油圧ショベル1を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、エンジンと電動モータとにより駆動されるハイブリッド式の油圧ショベル、電動モータにより駆動される電動式の油圧ショベルに適用することができる。また、油圧ショベルに限らず、ホイールローダ、油圧クレーン、ブルドーザ等、各種の建設機械に適用することができる。また、建設機械に限定されず、産業機械や一般機械に組み込まれるスプール弁装置として広く適用できるものである。さらに、各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。
In each embodiment, an engine-type hydraulic excavator 1 driven by an
1 油圧ショベル(建設機械)
5D ブームシリンダ(油圧アクチュエータ)
11 油圧回路
11A メイン油圧回路
11B パイロット油圧回路
16 戻り管路(管路)
31 方向制御弁(スプール弁装置)
32 ハウジング
33 スプール摺動穴
37 ポンプポート(ポート)
38 アクチュエータポート(ポート)
39 スプール
40 中央大径部(大径部、ランド)
41 一側大径部(大径部、ランド)
42 小径部(くびれ)
42A 外周面
43 段差面
44 油溝(くびれ部)
45 エッジ(境界部)
46 ノッチ
46A 最深部
49 キャビテーション噴流
50,51,61,71 有底穴
61A,71A 凹窪面
Db 有底穴の内径
Hb,Hr 有底穴の深さ
Dj キャビテーション噴流の直径
Rr 凹窪面の半径
Wr 有底穴の幅寸法
1 Hydraulic excavator (construction machinery)
5D boom cylinder (hydraulic actuator)
11
31 Directional control valve (spool valve device)
32
38 Actuator port (port)
39
41 Large diameter on one side (large diameter, land)
42 Small diameter (neck)
42A
45 edge (boundary)
46
Claims (7)
前記ハウジングのスプール摺動穴に移動可能に挿嵌され、前記各ポート間を連通または遮断させるためのランドとなる大径部とくびれとなる小径部とが軸方向に隣り合って設けられたスプールと、
前記スプールの前記大径部と前記小径部とを接続する段差面と前記大径部との境界部に位置して前記大径部に設けられ、前記スプールが移動するときに前記各ポート間を小流量で連通させるノッチとを備えてなるスプール弁装置において、
前記各ポートが前記ノッチを通じて連通したときに高圧側のポートから流れ込む作動油が衝突する前記スプールの前記段差面には、作動流体が含有する気体を気泡として溜める有底穴が設けられていることを特徴とするスプール弁装置。 A tubular housing having spool sliding holes and provided with a plurality of ports separated from each other in the axial direction of the spool sliding holes.
A spool that is movably inserted into the spool sliding hole of the housing and has a large diameter portion that serves as a land for communicating or blocking between the ports and a small diameter portion that serves as a constriction so as to be adjacent to each other in the axial direction. When,
It is located at the boundary between the stepped surface connecting the large-diameter portion and the small-diameter portion of the spool and the large-diameter portion, and is provided on the large-diameter portion. In a spool valve device provided with a notch for communicating at a small flow rate
When the ports communicate with each other through the notch, the stepped surface of the spool where the hydraulic oil flowing from the port on the high pressure side collides is provided with a bottomed hole for collecting the gas contained in the working fluid as bubbles. A spool valve device characterized by.
前記有底穴は、前記段差面および前記小径部の外周面にわたって設けられていることを特徴とするスプール弁装置。 In the spool valve device according to claim 1,
A spool valve device characterized in that the bottomed hole is provided over the stepped surface and the outer peripheral surface of the small diameter portion.
前記有底穴は、前記スプールの径方向に関して前記ノッチの最深部よりも内径側に設けられていることを特徴とするスプール弁装置。 In the spool valve device according to claim 1,
The spool valve device is characterized in that the bottomed hole is provided on the inner diameter side of the deepest portion of the notch in the radial direction of the spool.
前記有底穴は、前記段差面のうち前記スプールの周方向に関して前記ノッチと対応する位置に設けられていることを特徴とするスプール弁装置。 In the spool valve device according to claim 1,
The spool valve device is characterized in that the bottomed hole is provided at a position corresponding to the notch in the circumferential direction of the spool on the stepped surface.
前記有底穴は、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の流線に対して平行になっていることを特徴とするスプール弁装置。 In the spool valve device according to claim 1,
A spool valve device characterized in that the bottomed hole is parallel to the streamline of a cavitation jet ejected from the notch and directed to the stepped surface.
前記有底穴は、円形穴であり、
前記有底穴の内径をDbとし、前記有底穴の深さをHbとし、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の直径をDjとした場合に、
前記有底穴の内径Dbは、前記キャビテーション噴流の直径Djの1倍以上3倍以下であり、
前記有底穴の深さHbは、前記有底穴の内径Dbの1/2よりも大きくなっていることを特徴とするスプール弁装置。 In the spool valve device according to claim 1,
The bottomed hole is a circular hole and has a circular hole.
When the inner diameter of the bottomed hole is Db, the depth of the bottomed hole is Hb, and the diameter of the cavitation jet ejected from the notch toward the stepped surface is Dj.
The inner diameter Db of the bottomed hole is 1 time or more and 3 times or less the diameter Dj of the cavitation jet.
A spool valve device characterized in that the depth Hb of the bottomed hole is larger than 1/2 of the inner diameter Db of the bottomed hole.
前記有底穴の底面は、湾曲した凹窪面であり、
前記有底穴の凹窪面の半径をRrとし、前記ノッチから噴出して前記段差面に向かうキャビテーション噴流の直径をDjとし、前記スプールの周方向に関する前記有底穴の幅寸法をWrとし、前記有底穴の深さをHrとした場合に、
前記凹窪面の半径Rrは、前記キャビテーション噴流の直径Djよりも大きくなっており、
前記有底穴の幅寸法Wrは、前記キャビテーション噴流の直径Djの1倍以上2倍以下であり、
前記有底穴の深さHrは、前記有底穴に流入する前記キャビテーション噴流の流線と前記有底穴から流出する前記キャビテーション噴流の流線との成す角度が0°〜90°となる深さであることを特徴とするスプール弁装置。 In the spool valve device according to claim 1,
The bottom surface of the bottomed hole is a curved concave recessed surface.
The radius of the concave recessed surface of the bottomed hole is Rr, the diameter of the cavitation jet ejected from the notch toward the stepped surface is Dj, and the width dimension of the bottomed hole with respect to the circumferential direction of the spool is Wr. When the depth of the bottomed hole is Hr,
The radius Rr of the concave surface is larger than the diameter Dj of the cavitation jet.
The width dimension Wr of the bottomed hole is 1 time or more and 2 times or less the diameter Dj of the cavitation jet.
The depth Hr of the bottomed hole is such that the angle formed by the streamline of the cavitation jet flowing into the bottomed hole and the streamline of the cavitation jet flowing out of the bottomed hole is 0 ° to 90 °. A spool valve device characterized by being a cavitation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018146673A JP6913659B2 (en) | 2018-08-03 | 2018-08-03 | Spool valve device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018146673A JP6913659B2 (en) | 2018-08-03 | 2018-08-03 | Spool valve device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020020446A JP2020020446A (en) | 2020-02-06 |
JP6913659B2 true JP6913659B2 (en) | 2021-08-04 |
Family
ID=69589627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018146673A Active JP6913659B2 (en) | 2018-08-03 | 2018-08-03 | Spool valve device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6913659B2 (en) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0641024Y2 (en) * | 1988-12-15 | 1994-10-26 | 豊興工業株式会社 | Pressure control valve |
JP2002130494A (en) * | 2000-10-23 | 2002-05-09 | Honda Motor Co Ltd | Spool valve |
JP6178925B1 (en) * | 2016-05-31 | 2017-08-09 | 株式会社小松製作所 | Spool valve, operating device, and work vehicle |
JP2018080786A (en) * | 2016-11-17 | 2018-05-24 | ジヤトコ株式会社 | Hydraulic valve |
CN107327628B (en) * | 2017-08-09 | 2019-07-09 | 浙江大学 | A kind of anti-cavitation corrosion valve core structure |
JP6734825B2 (en) * | 2017-09-08 | 2020-08-05 | 日立建機株式会社 | Spool valve device |
JP6807828B2 (en) * | 2017-12-28 | 2021-01-06 | 日立建機株式会社 | Valve device |
-
2018
- 2018-08-03 JP JP2018146673A patent/JP6913659B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020020446A (en) | 2020-02-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2868930B1 (en) | Hydraulic circuit for construction machine and control device for same | |
JP6178925B1 (en) | Spool valve, operating device, and work vehicle | |
JP6925957B2 (en) | Work machine hydraulic system | |
JP5342949B2 (en) | Pump for closed circuit configuration | |
JP6567408B2 (en) | Working machine hydraulic system | |
KR20130108266A (en) | Hydraulic drive device for hydraulic work machine | |
KR102679002B1 (en) | Direction converter valve and hydraulic system | |
JP6434504B2 (en) | Excavator and control method thereof | |
WO2021059614A1 (en) | Flow control valve | |
JP6913659B2 (en) | Spool valve device | |
JP6734825B2 (en) | Spool valve device | |
US20160177978A1 (en) | Throttle valve | |
JP2020125848A (en) | Hydraulic system of working machine | |
JP6807828B2 (en) | Valve device | |
JP7214610B2 (en) | Hydraulic system of work equipment | |
JP6505630B2 (en) | Direction control valve | |
JP5870334B2 (en) | Pump system | |
WO2014091683A1 (en) | Hydraulic circuit for construction machine | |
JP6490507B2 (en) | Spool valve device | |
JP7305532B2 (en) | flow control valve | |
JP5945742B2 (en) | Pump unit swash plate angle control system | |
JP6101168B2 (en) | Cavitation prevention device for construction machinery | |
JP2014105621A (en) | Hydraulic device | |
JP2008115942A (en) | Hydraulic driving device of working machine | |
JP2019065998A (en) | Hydraulic system of work machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200803 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20210630 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210706 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210712 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6913659 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |