JPH0723588Y2 - 可変ポンプの流量調整弁装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は可変容量形ポンプ搭載の建設・作業機械のメ
インポンプの吐出油量を、標準的な規定値の他に、作業
内容、操作に応じて発生する信号圧力によって、強制的
に規定値よりも増量したりあるいは減量したりさせるこ
とのできる流量調整弁装置に関する。

従来の技術 可変容量形ポンプの吐出圧油を複数の油圧切換弁からな
る油圧切換弁群に導入し、それらの油圧切換弁を切換え
て、各種作業用の油圧シリンダ、油圧モータなどの油圧
アクチュエータに供給し、その作動の組合わせによって
目的の作業を行う建設機械、作業用機械においては、従
来、それぞれの作業内容に応じた作業装置の速度が得ら
れるように、油圧ポンプ、油圧アクチュエータの容量お
よび油圧回路を備えた専用機械が使用されていたが、近
年に至り、作業形態やニーズの変化にともない、１台の
機械を多目的に利用し、しかも専用機械と同等の能力、
性能を有する機械を導入して機械の稼動率を向上させ、
経済性を計ろうとする傾向が強くなりつつある。

例えば、油圧ショベルの本来の掘削作業の他に、その本
体を利用し、フロントアタッチメントを交換することに
よりクレーン作業、杭打作業、穿孔作業に従事したりし
ている。

このような場合、例えば、旋回速度について考察する
と、油圧ショベルにおける上部旋回体の旋回動作は、１
回の掘削・積込みに対して、少なくとも２回は旋回の起
動・停止は必要であり、しかも、短時間に作動を完了し
なければ作業能率が上らないので、旋回用の油圧モータ
に多量の圧油を供給して旋回速度を早くするような設計
となっている。ところが、この油圧ショベルの本体にク
レーンアタッチメントを装着して、クレーン作業をする
とき、油圧ショベルのときと同様の旋回速度でクレーン
作業をしようとすると、つり上げたつり荷が、遠心力、
旋回惰力に影響されるので、所望の位置決めが非常に困
難であるばかりでなく、不慮の事故をも起しかねない。

また、油圧ショベルのアーム先端に油圧ウィンチを装着
し、油圧ショベルのバケット作動用の圧油を利用してウ
ィンチを作動させる場合、本来の油圧ショベルのバケッ
ト作動用油圧シリンダへは、一般に、ブームやアーム作
動用の油圧シリンダに比し、少量の圧油しか供給されな
いので、ウィンチの速度を早くしたり、強力にしたりす
ることが困難であった。

また、上述のように、１台の機械で多くの作業工種に対
応しようとすると、必然的に自走による現場間の移動も
激しくなり、油圧走行装置を持つ機械では、その移動速
度の遅延が、工期の長短にも関係するので、平常時の走
行速度の他に、平地での移動速度の高速化も期待される
ようになる。

これらのことに対応するため、従来では、それぞれの工
種に対して特定の技量を有する運転者を配したり、機械
の仕様を変更したりする以外に、運転者がその都度、操
作装置を操作して、可変容量ポンプの吐出圧油量を加減
して油圧アクチュエータの速度を、その工種に最も適し
た速度にする方法がとられていた。

この従来技術の一例を第３図の油圧系統図により説明す
る。

この図は、一般的な油圧駆動のクローラ式油圧ショベル
の油圧系統図であり、２個のメインポンプと２群の油圧
切換弁群とから構成されており、この油圧ショベルをク
レーンとして仕様する場合の例である。

図において101はメインポンプで、その吐出圧油は油圧
切換弁群Ａに流入し、ブーム第１速用油圧切換弁５、ア
ーム第２速用油圧切換弁６、バケット用油圧切換弁７、
左走行用油圧切換弁８の何れかが、パイロット弁108の
操作レバを操作することにより切換えられると、その油
圧切換弁と管路により接続された油圧アクチュエータ
（図示せず）は作動する。また、102は他のメインポン
プで、上記と同様、その吐出圧油は油圧切換弁群Ｂに流
入し、ブーム第２速用油圧切換弁9,アーム第１速用油圧
切換弁10,旋回用油圧切換弁11,右走行用油圧切換弁12に
より、それぞれの油圧アクチュエータを作動させるよう
になっている。３はパイロットポンプで、その吐出圧油
はリリーフ弁14の作用により規定の圧力に保持され、管
路111を通り、複数のパイロット弁108の油圧源となり、
このパイロット弁108の何れかの操作レバを操作するこ
とにより、パイロット圧がパイロット管路（図示なし）
を通って各油圧切換弁5,6,7,8,9,10,11,12のパイロット
油室にそれぞれ流出入して該当油圧切換弁を切換える。

さらに、管路111から分岐した管路112は、電磁切換弁10
7に通じている。この電磁切換弁107は、常時はばねの付
勢力によりイ位置にあり、管路113に通じる油路は閉路
されているが、スイッチ109を閉じ、電源110により励磁
されると、イ位置からロ位置に切換わり、内部油路は開
路して、その出口ポートは、イ位置のときタンク40に通
じていた管路113によりメインポンプ101、102の流量調
整弁Ｃ′,D′のパイロット油室104、106に通じる。

以上の構成の油圧回路を有する油圧ショベルを、本来の
ショベルアタッチメント付で使用するときは、スイッチ
109を開路したまま、パイロット弁108の任意の操作レバ
を操作して掘削作業を行うのであるが、この状態の油圧
回路のまま、フロントアタッチメントとしてクレーンア
タッチメントを装着して、例えば、旋回用油圧切換弁11
を操作すると、この機械の上部旋回体は、油圧ショベル
の場合と同様に、強力で、す早い旋回がなされ、クレー
ン作業には不向きであるばかりではなく、危険である。

そこで、クレーンアタッチメント装着時には、予め、ス
イッチ109を閉路しておいてから操作を開始する。すな
わち、スイッチ109を閉路し、電源110が電磁切換弁107
を励磁すると、該電磁切換弁はイ位置からロ位置に切換
わり、管路112、113は連通して、パイロットポンプ３の
吐出圧油は、管路111、112、電磁切換弁107のロ位置油
路、管路113を通って、流量調整弁Ｃ′,D′のパイロッ
ト油室104,106に導かれ、メインポンプ101,102の吐出油
量を低減させる。従って、油圧切換弁群Ｂに流入するメ
インポンプ102からの流入油量は少なく、旋回用油圧切
換弁11を操作したとき、旋回用アクチュエータに供給さ
れる油量は、油圧ショベル使用時におけるそれよりも少
量で、旋回速度も制限されるので安全なクレーン作業が
できる。

なお、流量調整弁Ｃ′,D′におけるパイロット油室103,
105は動力補償用のパイロット油室であり、それぞれの
アクチュエータに加わる負荷の大小により変化するメイ
ンポンプ101,102の吐出圧力を管路38,39で導き、吐出圧
力が増大したとき、ポンプ駆動用の原動機（図示せず）
が過負荷にならないように、吐出油量の制限を自動的に
行うものであるが、前記のパイロット油室104,106に信
号圧力が与えられたときは、メインポンプ1,2の吐出圧
力には関係なく、その吐出油量は、この信号圧力に従い
増減する。

第４図は、流量調整弁Ｃ′,D′によって制御されるメイ
ンポンプ101,102の吐出油量，吐出圧力の関係を線図に
より示しており、吐出圧力がＰ₀以下のときは最大の吐
出油量Ｑ₁を保持するが、吐出圧力がＰ₀を越え、規定の
最大圧力Ｐ₁に近づくに従い、吐出油量はＱ₁からＱ₀へ
と減少していく。また、スイッチ109を閉路すると、吐
出圧力Ｐが低いときでも最大吐出油量はＱ₁よりも減量
されたＱ₂となり、前述の旋回速度も遅くなる。

考案が解決しようとする課題 油圧アクチュエータの速度を、本来の性能以外の速度に
制御するため、上述の如き従来技術によるメインポンプ
の制御を行うと、次のような問題点がある。すなわち、 （イ） 速度制限を必要とする油圧アクチュエータを使
用しようとしてスイッチを操作すると、そのアクチュエ
ータに適した量の圧油が油圧切換弁群に流入し、他の群
内の油圧切換弁を操作して他のアクチュエータを作動さ
せると、その速度も同時に制限されてしまう。

（ロ） ある油圧アクチュエータの作動速度を制限し
て、安全な作業速度を得ることは可能であったが、例え
ば、自走による回送速度を早くすることはできない。

（ハ） また、所定の油圧アクチュエータを所要作動速
度に設定するため、その都度、メインポンプの吐出油量
加減の操作をしなければならないので、運転操作が煩雑
となり、誤操作の原因ともなる。

本考案では、以上の問題点に対し、メインポンプの標準
的な吐出油量の他に、作動させようとする油圧アクチュ
エータの所要速度に応じ、その油圧アクチュエータの作
動操作をしたときにのみ、吐出油量を増大させたり、減
少させたりすることのできる流量調整弁装置を提供せん
とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、次の手段を講じた。

（イ） 流量調整弁の流量調整用スプールの軸線上に、
それぞれ独立し、串形に配置した２つのパイロット油室
を設ける。

（ロ） 上記２つのパイロット油室には、段部でストロ
ークが制限され、最大ストローク時には、頂部により流
量調整用スプールが流量を増加させる最大位置を制限す
るピストンを、それぞれに嵌挿する。

（ハ） 一方のパイロット油室内のピストンが最大スト
ローク時に、メインポンプの吐出油量が標準油量となる
流量調整用のスプールの制限寸法に、他方のパイロット
油室に上記一方のパイロット油室と流量調整用スプール
との間の位置に設け、該油室内のピストンが最大ストロ
ーク時には、メインポンプの吐出油量が標準油量よりも
所定量だけ減量となる流量調整用スプールの制限寸法に
する。

（ニ） 標準油量以上の油量を必要とするアクチュエー
タ用の油圧切換弁を切換えるパイロット弁からの圧力信
号により切換わるパイロット切換弁を設け、該パイロッ
ト切換弁に信号が作用すると前記２つのパイロット油室
を同時にタンクに連通させ、また、信号が消滅すると前
記一方のパイロット油室に油圧源を、他方のパイロット
油室に標準油量以下の油量を必要とするアクチュエータ
用の油圧切換弁を切換えるパイロット弁の圧力信号を通
じさせる管路を設ける。

作用 標準油量以上の油量を必要とするアクチュエータ用の油
圧切換弁を操作すると、そのパイロット弁の圧力信号は
パイロット圧切換弁を切換えるので、２つのパイロット
油室は何れもタンクに連通し、それぞれに嵌挿されたピ
ストンは、流量調整用のスプールの移動を制限すること
なく、メインポンプの吐出油量は最大となり、アクチュ
エータに流入する。

標準油量を必要とするアクチュエータ用の油圧切換弁の
みを操作すると、油圧源がパイロット圧切換弁を通り、
メインポンプの吐出油量を標準油量に制限するピストン
を嵌挿したパイロット油室に通じるので、該ピストンは
最大ストロークとなり、標準の吐出油量がアクチュエー
タに流入する。

標準油量以下の油量を必要とするアクチュエータ用の油
圧切換弁のみ操作すると、そのパイロット弁の圧力信号
は、メインポンプの吐出油量を減量するピストンを嵌装
したパイロット油室に通じ、該ピストンは最大ストロー
クとなり、減量した吐出油量がアクチュエータに流入す
る。

実施例 以下、この考案の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は、この考案を２個のメインポンプ、１個のパイ
ロットポンプ、２群の油圧切換弁群とから構成されたれ
油圧ショベルの油圧回路に適用したときにおける一方の
メインポンプのみの流量調整弁装置の油圧系統図および
調整弁の断面を示す図である。

図において、1,2はメインポンプで、その吐出圧油は油
圧切換弁群A,Bにそれぞれ供給され、油圧切換弁5,6,7,8
および9,10,11,12の切換えにより油圧ショベルの各種ア
クチュエータ（図示なし）を作動させる。３はパイロッ
トポンプ、４はタンクを示す。15は右または左の走行用
油圧切換弁８または12を切換えるパイロット弁、16は旋
回用油圧切換弁11を切換えるパイロット弁で、その他の
油圧切換弁にも、それぞれ専用または共用のパイロット
弁（図示なし）が設けてあり、それぞれ、パイロットポ
ンプ３の吐出圧油が管路29により導いてある。

17はパイロット圧切換弁で、そのパイロット油室には、
パイロット管路35により、パイロット弁15の２つの圧力
信号のうち、高い側の圧力をシャトル弁22で取出し導い
てあり、圧力信号が加わると図示のＦ位置となり、出口
ポートに接続された管路34、パイロット管路37を同時に
タンク４に連通させるが、圧力信号が消滅するとばねの
付勢力でＧ位置に切換わり、管路29を管路34を経てパイ
ロット油室19に、パイロット管路36をパイロット管路37
を経てパイロット油室18に通じさせる。

Ｃは、この流量調整弁装置の流量調整部であるが、油圧
切換弁群の油圧切換弁が何れも操作されていないとき、
油室38の圧力が上昇していると、その圧油はスプール20
をばね24の付勢力に抗して押付け、該スプール20を移動
させ、その結果、油室27を管路30を経て、スリーブ21、
スプール20の油路を通ってタンク４に通じさせ、パワー
ピストン25を移動させることにより、メインポンプ１の
吐出油量を減少させ、同時に、パワーピストン25の移動
量はリンクによるフィードバック機構で、先に移動した
スプール20の移動量だけスリーブ21が追随すれば油室27
とタンク４との連通は遮断され、逆に、油圧切換弁を使
用することにより油室38の圧力が次第に低下していくと
スプール20はばねの付勢力の方向に移動し、その移動量
に対応する量だけ、パワーピストン25は油室26の圧油に
より移動し、ポンプ１の吐出油量を増大させる作用をす
ることは、既知の、いわゆるネガティブコントロール方
式と構造作用とも同一である。

またＥは動力補償部であり、ポンプ１および２の吐出圧
油を管路33,32を経て接続してあり、２個のメインポン
プ1,2の吐出圧油の圧力が規定の圧力を越えてエンジン
が過負荷とならないよう、いわゆる、定馬力運転を行わ
しめるため、パワーピストン25を制御する従来技術の装
置である。

本考案の流量調整弁では、以上の他に、流量調整部Ｃの
スプール20の軸線上に、独立したパイロット油室18,19
を設け、該パイロット油室18,19には、それぞれ、その
移動ストロークを段部によりｌ₂およびｌ₁に制限したピ
ストン13,14を摺動自在に嵌挿し、パイロット油室18に
はパイロット管路37を、パイロット油室19には管路34を
導いてある。また、ピストン14がパイロット油室19の圧
力によりストロークｌ₁だけ図示の左方に移動すると、
その先端部はピストン13を介してスプール20をばね24の
付勢力に抗して左動させ、パワーピストン25の位置を、
メインポンプ１の吐出油量が油圧ショベルの標準的な必
要油量になるようｌ₁の寸法を決定してあり、ストロー
クｌ₂はｌ₁よりも大きく、パイロット油室18に圧油が作
用すると、ピストン13はｌ₂だけ移動し、スプール20を
上記よりもｌ₂−ｌ₁だけ余計に左方に移動させ、それに
応じてパワーピストン25は、メインポンプの吐出油量を
油圧ショベルの標準的な必要油量よりも更に減量される
よう、ｌ₂の寸法を決定してある。

更に、先に述べたネガティブコントロールが作動しない
とき、すなわち、油圧切換弁を操作しているとき、パイ
ロット油室18,19が何れもタンクに連通していると、ス
プール20は、ばね24の付勢力により右方に移動し、パワ
ーピストン25は、メインポンプ１の吐出油量を増大させ
る方向に移動するが、その最大量は調整ねじ28により制
限してある。

以上の説明はメインポンプ１側の流量調整弁装置につい
て説明したが、メインポンプ２側も同様の構造の流量調
整弁、パイロット圧切換弁、管路が設けてある。

次に、本考案の作動について説明する。

今、油圧ショベル本体にクレーンアタッチメントを装備
して使用することを例にとり、各アクチュエータのう
ち、標準機に対して、旋回操作時のみ旋回用アクチュエ
ータに流入する圧油の量を減量し、走行操作時のみ走行
用アクチュエータに流入する圧油の量を増量し、その他
の操作時には変化がないことが望まれる例を第１図によ
り説明する。先ずパイロット弁16を操作して旋回用の油
圧切換弁、例えば11を切換えると、該パイロット弁16か
らの圧力信号はショベル弁23、パイロット管路36を経
て、パイロット圧切換弁17に通じる。このとき、該パイ
ロット圧切換弁17はＧ位置にあり、管路29は管路34を経
てパイロット油室19に通じ、パイロット管路36はパイロ
ット管路37を経てパイロット油室18に通じているので、
ピストン14,13は、それぞれストロークｌ₁,l₂だけ左方
に移動するが、ｌ₂＞ｌ₁であるため、ピストン13の頂部
がスプール20を左方に押し、前述したようにメインポン
プ２を標準的な油量よりも減量させ、従って旋回用のア
クチュエータの作動は遅く、安全な旋回速度が得られ
る。

次に、高速走行をしようとして走行用のパイロット弁15
を操作して走行用の一方の油圧切換弁８（他方の走行用
油圧切換弁12の操作系統は図示省略）を切換えると、上
記パイロット弁15からの圧力信号は、シャトル弁22、パ
イロット管路35を通りパイロット圧切換弁17のパイロッ
ト油室に作用するので、該パイロット圧切換弁はＦ位置
に切換わり、パイロット管路37、管路34を介してパイロ
ット油室18,19は共にタンク４に連通し、スプール20
は、も早や、ピストン13,14に制限されることなく、ば
ね24の付勢力により右方に移動し、パワーピストン25は
調整ねじ28に当接するまで移動し、メインポンプ１（左
右の走行用のパイロット弁を同時に操作したときには１
および２）の吐出油量は油圧ショベルの標準的な油量よ
りも増量し、走行速度も上昇し、目的地まで短時間で到
達できる。

また、上述の旋回用および走行用以外のパイロット弁を
操作したときは、パイロット圧切換弁は常にＧ位置にあ
り、管路29の圧油のみがパイロット油室19に作用し、ピ
ストン14をストロークｌ₁だけ左方に移動させるので、
スプール20、スリーブ21、パワーピストン25の作用によ
り、メインポンプ1,2の吐出油量は標準の量を保持し、
アクチュエータの速度は従来通りである。

以上に述べたメインポンプの吐出油量を線図に示すと第
２図の通りであり、図のａはメインポンプが動力補償部
の作用により定馬力運転をするときの特性曲線であり、
スプール20がピストン14により移動量を制限されたとき
の位置はＬ₁，ピストン13によるときの位置Ｌ₂、何れに
も制限されないときをＬ₀とすると、それらの位置にお
けるメインポンプの吐出油量はそれぞれＱ₂,Q₃,Q_maxと
なる。

考案の効果 本考案の流量調整弁装置を油圧式建設・作業機械にの適
用すると、或る作業装置作動用の油圧切換弁を操作した
ときにのみ、その油圧切換弁が属する油圧切換弁群に流
入するメインポンプからの圧油量を、標準的に油量より
も減量させたり増量させたりすることが自動的にできる
ので、１台の機械で種々、作業装置を取替えたときも、
アクチュエータの作動速度を最も合理的に設定すること
ができる。従って、専用機械であった本体を多目的機械
として利用でき、機械の稼動率を向上させ得ることのほ
か、それぞれの作業においても安全で能率のよい作業が
でき、しかも操作に熟練を要しない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の流量調整弁の断面図および油圧系統
図、第２図は本考案のメインポンプの特性線図、第３図
は従来の油圧ショベルの油圧系統図、第４図は第３図に
おけるメインポンプの特性線図である。 13,14……ピストン 17……パイロット圧切換弁 18,19……パイロット油室 22,23……シャトル弁 A,B……油圧切換弁群 Ｃ……流量調整部 Ｄ……作動部 Ｅ……動力補償部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の可変容量形であって流量調整弁によ
   って吐出油量を加減するメインポンプと、油圧切換弁群
   とから構成され、パイロット弁からの圧力信号により、
   それぞれの油圧切換弁群に属する油圧切換弁の切換操作
   をする建設・作業機械用の油圧作動回路において、上記
   メインポンプの流量調整用スプールの軸線上に、それぞ
   れ独立した第１および第２のパイロット油室を串形に、
   かつ、該第１のパイロット油室と上記流量調整用スプー
   ルとの間に第２のパイロット油室を配置し、該第１のパ
   イロット油室には段部によりストロークが制限され、最
   大ストローク時には、頂部でメインポンプの吐出油量が
   標準油量となる位置まで、また、第２のパイロット油室
   には段部によりストロークが制限され、最大ストローク
   時には、頂部でメインポンプの吐出油量が標準油量より
   も所定量だけ減少する位置まで、それぞれ上記流量調整
   用スプールの移動を制限するピストンを、摺動自在に嵌
   挿するとともに、外部から圧力信号が作用すると切換わ
   り、前記第１のパイロット油室に通じる管路と第２のパ
   イロット油室に通じる管路とを、同時にタンクに連通さ
   せ、圧力信号が消滅すると、ばねの付勢力により切換わ
   り、第１のパイロット油室に通じる管路に油圧源管路
   を、第２のパイロット油室には油圧切換弁用のパイロッ
   ト弁からの圧力信号管路を連通させるパイロット圧切換
   弁を設けたことを特徴とする可変ポンプの流量調整弁装
   置。