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JPH04136509A - クローズドセンタ・ロードセンシングシステムにおけるポンプの吐出容積の可変回路 - Google Patents

クローズドセンタ・ロードセンシングシステムにおけるポンプの吐出容積の可変回路

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JPH04136509A
JPH04136509A JP2259241A JP25924190A JPH04136509A JP H04136509 A JPH04136509 A JP H04136509A JP 2259241 A JP2259241 A JP 2259241A JP 25924190 A JP25924190 A JP 25924190A JP H04136509 A JPH04136509 A JP H04136509A
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pump
valve
actuator
power source
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Daijiro Ito
大二郎 伊藤
Hiroshi Imai
寛 今井
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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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） 本発明は、クローズドセンタ・ロードセンシングシステ
ムにおけるポンプの吐出容積の可変回路に係わり、特に
は、パワーショベル等の建設機械に用いる好適なポンプ
の吐出容積の可変回路の改良に関する。
（従来の技術） 従来、建設機械のパワーショベル等には動力源すなわち
エンジン５Ｉに配設されたＰ、Ｔ、０５２を介して駆動
される油圧源用の２個のポンプ５３．５４と作業機を作
動するパケット、アームブ−ムおよび旋回等のアクチュ
エータ５５．５６．５７．５８への油圧を切り換える２
個の切換弁５９．６０（以下、２ポンプ２バルブと言う
。）とを別々の配管６】、６２で連結した第６図の回路
のものが主に用いられている。最近では、これに加えて
２個のポンプ７１．７２から吐出された油量をパラレル
に各種のアクチュエータ５７．５８に接続されるそれぞ
れのスタックを組み合わせた１個の切換弁７３（以下、
２ポンプｌバルブと言う。）に配管７４．７５を集めて
連結した第７図の回路のものが用いられている。この場
合に切換弁７３にはクローズドセンタ方式が使用される
とともに２個のポンプ７１．７２は各々のポンプの吐出
容積を負荷圧ｐによらずバルブ開度により可変にするロ
ードセンシングシステム８０が用いられており、フロー
コントロールバルブ８１を切り換えて、１個のポンプ７
２の吐出量に切り換える構成としている。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の２ポンプ２バルブでは、２個
のポンプをＰ、Ｔ、０　（第６図）を用いて駆動するか
、あるいはポンプをタンデム（第７図）にして駆動し、
それぞれを別置きの２ｍの切換弁に配管で連結している
ため、構造が複雑になるとともにスペースを広く取り、
価格も高くなるという問題がある。第７図に示す２ポン
プ１バルブでは、２ポンプのため上記と同様な問題があ
り、また性能面では第８図に示すように次に示す不具合
がある。
■　切換弁のストロークＡ（操作レバーのストローク）
のスロットリング（ストロ−クー−流量の特性）の範囲
では２ポンプから１ポンプに切り換えてもアクチュエー
タに流れる流量のファイコンカーブ（イ）がストローク
に対して一定となり可変に出来ない。（あるいは、１ポ
ンプを用いる場合には吐出量の大きいポンプを用いる必
要があるために同様にファイコンカーブ（イ）がストロ
ークに対して一定となる。） ■　フローコントロールバルブを切り換えて、１個のポ
ンプの吐出１にしても最大流量は（ロ）から（ハ）に少
なくなるが、■項の不具合は解消しない。
さらに、構造をシンプルにし価格を安（するとともにス
ペースを狭くするために、ｌポンプ１バルブにすれば−
良いが、■項の問題とパワーショベルの旋回のようにポ
ンプの最大吐出量に対して要求流量の少ないものでは、
エンジン等でポンプの回転を下げても第９図のごとく旋
回速度（ニ）（アクチュエータの最大速度）が変わらず
感覚とのズレが生ずるという問題がある。このために、
本発明者は特願平１年第８２９６１号では、ポンプの吐
出圧とアクチュエータの負荷圧およびスプリング等の付
加力により作動する切換弁の切換えに用いる付加力を可
変にすることによりポンプの吐出容積を変えること、あ
るいは、エンジンの回転速度に応じてポンプの吐出容積
を変えることを提案している。このために、エンジンの
回転速度に応じてポンプの吐出容積が変わり、エンジン
の回転速度の設定に合わせて作業機の作業速度が追随す
るので運転者の感覚に合うと利点が得られた。
しかし、近頃では人手不足によるベテランの運転者の不
足、あるいは、リースにより初心者の運転の増加等によ
る運転技術の低下と、地面を水平にならす水平掘削、あ
るいは、斜面を均一にならす法面掘削等の工法の要望か
ら素人でも精度良く、容易に運転できることがさらに油
圧ショベル等の建設機械に望まれている。また、水平掘
削、あるいは、法面掘削は、例えば、ブームの操作レバ
ーのみを操作すればコントローラの制御により自動的に
ブームシリンダとアームシリンダが作動して水平、ある
いは、法面の掘削が出来る油圧ショベルが開発されてい
る。しかし、特願平１年第８２９６１号では、ポンプの
吐出容積を変える指令値はエンジンの回転速度を回転セ
ンサーで検出して変えているため、上記の工法等で、例
えば水平掘削で石にパケットが当接して負荷が変動した
場合にポンプの吐出量が、前記の指令値による変動と、
エンジンの回転速度の変動（第１０図）によるポンプの
吐出量の増加の遅れによる変動と、が加算されてポンプ
の吐出量の変動が大きくなり、ブームシリンダとアーム
シリンダの作動がズして上記の工法が精度良く出来ない
という問題がある。
本発明は上記従来の問題点に着目し、精度良く、容易に
ポンプの吐出容量を可変に出来るクローズドセンタ・ロ
ードセンシングシステムにおけるポンプの吐出容積の可
変回路の提供を目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明に係わる第１の発明
では、動力源の回転速度を指示する指示装置を有する動
力源と、動力源により駆動される可変容量油圧ポンプと
、可変容量油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動
されるアクチュエータと、可変容量油圧ポンプからアク
チュエータに供給される圧油の流れを制御する方向切換
弁と、ポンプ圧とアクチュエータ負荷圧との差圧を所定
圧に保つように可変容量油圧ポンプから吐出される流量
を制御するとともに、ポンプ圧とアクチュエータ負荷圧
との差圧を変えたときに可変容量油圧ポンプから吐出さ
れる流量を変えるロードセンシングバルブを有するクロ
ーズドセンタ・ロードセンシングシステムにおけるポン
プの吐出容積の可変回路において、ポンプ圧とアクチュ
エータ負荷圧との差圧の設定値を動力源の回転速度を指
示する指示装置により行う。第２の発明では動力源の回
転速度を指示する指示装置はスロットルダイヤルのスト
ローク位置で指示する構成としている。
（作用） 上記構成によれば、クローズドセンタ・ロードセンソン
グシステムにおけるポンプの吐出容積の可変回路におい
て、ポンプの回転速度で要求流量の少ないポンプの吐出
量を制御するときに、ポンプを駆動するエンジン等の回
転速度をスロットルダイヤルからの設定倍号により制御
しているため、スロットルダイヤルの位置で一定の指令
値かえられるので負荷の変動には関係がなく、安定した
流量変動の少ないポンプの吐出量が得られる。また、操
作レバーのストロークに対してのファイコンカーブの範
囲でアクチュエータに流れる流量がストロークに対して
可変となり、少し動かしたい時など微操作が可能になる
とともに、負荷の変動があってもポンプの吐出量の変動
が少な（なる。
これにより、スロットルダイヤルの位置、および操作レ
バーの位置で安定したポンプの吐出量が得られるので水
平掘削、法面掘削等の工法が精度良くなり初心者でも機
械が使い易くなる。
（実施例） 以下に、本発明に係わるクローズドセンタ・ロードセン
シングシステムにおけるポンプの吐出容積の可変回路の
実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。第１図
は１実施例を示し、動力源すなわちエンジン１と、エン
ジン１に駆動される可変容量形ポンプ２（以下、ポンプ
２と言う。）と、作業機を作動する例えばブーム、アー
ム用のアクチュエータ３．４に油圧を切り換えるクロー
ズドセンタのスタック形の切換弁７．８が１個に結合さ
れ配管９で可変容量形ポンプ２に、配管１０でタンク１
１で連結されている。ポンプ２にはポンプの吐出容積を
可変にする通常のレギュレータ１２がレギュレータバル
ブ＋３（以下、バルブ１３と言う。）と、ポンプ２の配
管９より分岐したパイロット配管１４とを経由して配管
９に接続され、ポンプ２の吐出圧Ｐｐを受はポンプ２の
吐出容積Ｑｐを制御している。バルブＩ３は３ボ一ト２
位置（ＥとＦ位置）よりなり、制御方式はバルブの一端
（ａ）に作用するポンプ２の吐出圧と、他端（ｂ）に作
用する各アクチュエータ３．４の最高圧力と押付力が変
わるスプリング１５とにより制御されて切り換わり、ス
プリング１５にはレギュレータ１Ｇが連接され、ポンプ
１７からの油圧を下記に述べる圧力比例弁３５を介して
受けてスプリング１５の取付は長さを変えることにより
押付力を可変にしている。レギュレータ１６にはスプリ
ング１６ａが内蔵されポンプＩ７からの油圧により収縮
している。切換弁７．８にはポンプ２からの配管９に並
列に配管９ａ、９ｂが連結されるとともに、ブームのア
クチュエータ３には配管３ａ、３ｂが、またアームのア
クチュエータ４には配管４ａ、４ｂが連結されている。
切換弁７．８は３位薗よりなり、中立位ＩＮではポンプ
ボートはクローズドされており、切換位置り、Ｍまでに
はスプール等に設けられたスロットリングの可変の絞り
２０で絞られ、また切換位置り、Ｍでは絞り２０は所定
の面積になっているとともに各位置でボートＲを経てシ
ャトル弁２１に連結されている。シャトル弁２１．２２
はパイロット管２３ａ、２３ｂで連結されるとともに、
パイロット管２４を介して各アクチュエータ３．４の配
管３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂへの回路に挿入された減圧弁
２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂに導かれている。また
、エンジン等の動力源１には、エンジン等の動力源１の
回転速度を設定するスロットルダイヤル３１と、スロッ
トルダイヤル３１からの回転速度の設定信号を受けてエ
ンジン等の回転速度を演算し電子比例制御ガバナー３２
に指令信号を出力するコントローラ３３と、コントロー
ラ３３からの指令信号でエンジン等の回転速度を制御す
る電子比例制御ガバナー３２と、が連結されている。さ
らに、コントローラ３３は、スロットルダイヤル３】か
らのストローク位置（Ｘ）の指令信号に応じて記憶され
ている、例えばポンプ２の吐出容量を第２図のように可
変にする指令信号を求めて、レギュレータ１６に接続さ
れている圧力比例弁３５に指令信号を出力する。圧力比
例弁３５は、ポンプ１７の油圧をコントローラ３３から
の指令信号に応じた圧力に制外し、レギュレータ１６に
出力する。レギュレータ１６は上記に述べたようにスプ
リング１５に連結され、スプリング１５の取付は長さを
漸次圧力に比例して変えることにより押付力を可変にし
、ポンプ２の吐出容積を可変にするレギュレータバルブ
１３を制征している。上記実施例では、レギレータはス
プリングを軽減するように作動させたが、増加するよう
に制御しても良い。また、さらにコントローラ３３には
吐出容積を可変にする選択スイッチ４０が接続されてい
る。また、切換弁７．８は図示しない運転席近傍に設け
られたレバー操作によるパイロット比例圧力弁等からの
圧力指令を受けて切り換わる。この例では、油圧を用い
たが電気による指令でも良い。また、切換位置り、Ｍで
は絞り２０は一定の面積でなく可変の最大値であっても
良い。
上記実施例において、次に作動について説明する。切換
スイッチ４０を作動させない通常の作業の場合、例えば
ブームアクチュエータ３を作動させる場合には運転席近
傍に設けられた図示しない操作レバーの操作により切換
弁７を中立位ＩＮより、切換位置しあるいはＭに切り換
えると絞り２０（絞り面積Ｚｍｎｆ）により絞られてい
るためにポンプ２の吐出圧Ｐｐはブームの負荷圧すなわ
ちブームのアクチュエータ３の配管３ａ、３ｂの圧力Ｐ
ａよりも所定量の圧力Ｐｃだけ高くなる。
すなわち、 Ｐｐ＝Ｐａ＋Ｐｃ　　　−−−−・−・・　（１）とな
り、所定量の圧力Ｐｃはレギュレータ１６に連接された
スプリング１５の押付力により設定され、ポンプ２の吐
出容量Ｑｐにより絞り２゜の圧力が所定量の圧力Ｐｃに
なるようにバルブ】３の切換圧力が制御される。すなわ
ち Ｑｐ＝ＣｘＺｘ　　　ｐ−ａ Ｑｐ＝ＣｘＺｘｖ’Ｔτ　・・・・・・−−−（２）と
なり、アクチュエータへの流量は絞り２０の面積Ｚとバ
ルブ１３の切換圧力Ｐｃの平方根により決まる。ここで
、Ｃは流量係数を示す。従って、切換弁７のスプール等
のストロークにより可変となる面積Ｚに応じてアクチュ
エータ３．４への流量が決まるとともにポンプ２の吐出
容量Ｑｐがそれに応じて増減する。このときアクチュエ
ータとのボートに接続したシャトル弁２Ｉを介してアク
チュエータ３への減圧弁２５ａに導かれているが、減圧
弁２５ａに作用する圧力Ｐ１とＰ２はほぼ等しいため減
圧弁２５ａでの圧力の抵抗はスプリング２５ｃによる少
ない抵抗のみである。また、水平掘削等でブームとアー
ムを同時に操作したときには、切換弁７．８がともに切
換性１ｔＬあるいはＭに切り換わり、ブームとアームの
アクチュエータに各切換弁７．８の絞り、配管を介して
流入する。例えば、このときブームよりアームの方の負
荷圧Ｐｓが小さい場合には、ブームの負荷圧Ｐａはシャ
トル弁２１を通過し、シャトル弁２２でブームの負荷圧
Ｐａとアームの負荷圧Ｐｓとを比較し、ブームの負荷圧
Ｐａの方が高いためシャトル弁２２を通過し、ポンプ２
のバルブ１３に導かれるとともに各アクチュエータへの
減圧弁２５ａ２５ｂ１２６ａ、２６ｂに導かれる。ブー
ムの減圧弁は前記と同様に少ない抵抗で流れるが、アー
ムの減圧弁ではアームの負荷圧Ｐｓに対してブームの負
荷圧Ｐａとスプリング２５ｃとにより大きな減圧Ｐｓａ
がおこなわれ、アームのだめの所定の負荷圧Ｐｓになる
。すなわち、 Ｐｐ＝Ｐｓ＋Ｐｃ＋Ｐｓａ　　　−−・−（３）となる
。ポンプ２の吐出容量Ｑｐは切換弁７．８のスプールの
面積Ｚ７およびＺ８を流れる流量が所定量の圧力Ｐｃに
なるようにバルブＩ３の切換圧力によって制御される。
このとき、ファイコンカーブを可変、即ち、ポンプ２の
吐出容積を第３図のように（ホ）から（へ）に容積を小
さくして水平掘削等の精度を向上するときには、選択ス
イッチ４０からの指令によりコントローラ３３を作動さ
せ、作業に合わせたエンジンｌの回転速度にスロットル
ダイヤル３１を設定し、このスロットルダイヤル３１の
位置に応じてコントローラ３３に記憶されている例えば
第４図のような指令信号を圧力比例弁３５に出力する。
圧力比例弁３５は、ポンプ１７の油圧をコントローラ３
３からの指令信号に応じてレギュレータへの圧力Ｐｉを
第５図のように制御し、レギュレータ１６に出力する。
この油圧でレギュレータ１６内のスプリング１６ａを撓
ませるとともにレギュレータ１６に連接されたスプリン
グ１５の取付は長さを変えてバルブ１３の押付力を小さ
くし、バルブ１３の切換圧力をＰｃからＰｃａに小さく
し、第２図のごとくポンプ２の吐出容量（あるいはアク
チュエータへの吐出流量）はエンジン２の回転速度の変
動に応じて同様に変動する。これにより、選択スイッチ
４０を作動させた作業の場合で、例えばブームアクチュ
エータ３を作動させるときには運転席近傍に設けられた
レバー操作により切換弁７を中立位置Ｎより、切換位置
しあるいはＭに切り換えると、第３図のごとく操作レバ
ーストロークのＵ点まではスプール等に設けられた絞り
２０の面積は開口しないためアクチュエータにはポンプ
２からの供給はないが、ストロークＷ点ではバルブ１３
の切換圧力がＰｃからＰｃａに小さくなっているため前
記（２）式より、アクチュエータへの流量は絞り２０の
面積Ｚとバルブ１３の切換圧力Ｐｃの平方根により決ま
りＱｐからＱｐａまで少なくなる。また、ストロークＷ
点板上では同様にポンプ２の最大吐出容量がＱｐｍａｘ
からＱｐ　ａｍａｘに下がり、ファイコンカーブは（ホ
）から（へ）へ移行する。この移行はバルブＩ３の押付
力を変えることにより可変にすることが出来る。
なお、上記実施例においてエンジンの変動に対して指令
信号を１次比例して変動させているが通常のコントロー
ラを用いて、２次、３次および他の連続した変動でも良
い。また、レギュレータ１６への圧力を減圧したが加圧
するようにしても良いし、スプリング１５の押し付は力
を太き（しても良い。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、クローズドセンタ
・ロードセンシングシステムにおけるポンプの吐出容積
の可変回路において、操作レバーのストロークに対して
のファイコンカーブの範囲でアクチュエータに流れる流
量がストロークに対して可変となり、少し動かしたい時
など微操作が可能になるとともに、負荷の変動があって
もポンプの吐出量の変動が少なくなる。また、ポンプの
吐出量に対して要求流量の少ないアクチュエータでもエ
ンジン等でポンプの回転を下げるとそれに応じてポンプ
の吐出量が正確に変わり水平掘削、法面掘削等の工法が
精度良くなり初心者でも機械が使い易くなる。上記実施
例では１ポンプで説明したが、２ポンプ１バルブに用い
てもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のクローズドセンタ・ロードセンシング
システムにおけるポンプの吐出容積の可変回路の１実施
例を示す全体構成図。 第２図は本発明のスロットルダイヤルのストロ−り位置
とポンプの吐出容量の関係を示す図第３図は本発明のス
プールのストロークとアクチュエータへの流量の関係を
示す図。 第４図は本発明のスロットルダイヤルのストローク位置
と指令信号の電圧の関係を示す図。 第５図は本発明のスロットルダイヤルのストローク位置
と圧力比例弁の圧力の関係を示す図第６図は従来の２ポ
ンプ２バルブの油圧回路の全体構成図。 第７図は従来のクローズドセンタ・ロードセンシングシ
ステムにおけるポンプの吐出容積の可変回路の全体構成
図。 第８図は第７図に示す回路のスプールのストロークとア
クチュエータへの流量の関係を示す図。 第９図は第７図に示す回路のエンジン回転速度とアクチ
ュエータの最大速度の関係を示す図。 第１０図はエンジンの回転速度の変動を示す図２−・・
−可変容量形ポンプ ３−・−アクチュエータ（ブーム） ４−一一−−アクチュエータ（アーム）７．８・−−一
−−切換弁 】２．１６・−・・・・−レギュレータＩ３−・−レギ
ュレータバルブ １５−−−−−スプリング ２】、２２−−−−シャトル弁 ２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ ３１・−・−スロットルダイヤル ３１−ｍ−・　コントローラ ４０−・・・切換スイッチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）動力源の回転速度を指示する指示装置を有する動
    力源と、動力源により駆動される可変容量油圧ポンプと
    、可変容量油圧ポンプから吐出される圧油によって駆動
    されるアクチュエータと、可変容量油圧ポンプからアク
    チュエータに供給される圧油の流れを制御する方向切換
    弁と、ポンプ圧とアクチュエータ負荷圧との差圧を所定
    圧に保つように可変容量油圧ポンプから吐出される流量
    を制御するとともに、ポンプ圧とアクチュエータ負荷圧
    との差圧を変えたときに可変容量油圧ポンプから吐出さ
    れる流量を変えるロードセンシングバルブを有するクロ
    ーズドセンタ・ロードセンシングシステムにおけるポン
    プの吐出容積の可変回路において、ポンプ圧とアクチュ
    エータ負荷圧との差圧の設定値をエンジンの回転速度を
    指示する指示装置により行うことを特徴とするクローズ
    ドセンタ・ロードセンシングシステムにおけるポンプの
    吐出容積の可変回路。
  2. （２）動力源の回転速度を指示する指示装置はスロット
    ルダイヤルのストローク位置で指示する請求項１記載の
    クローズドセンタ・ロードセンシングシステムにおける
    ポンプの吐出容積の可変回路。
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