JP2007162944A - 液圧制御回路の振動防止方法及び振動防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】液圧制御回路の振動防止方法及び振動防止システムを提供する。
【解決手段】アクチュエータを操作するための第１の流路及びアクチュエータを操作するための第２の流路が、ブームのロッド側のライン、ブームの頭部側のラインを含む、ブームシリンダに接続される。第１の及び第２の流路のそれぞれの第１の及び第２の供給ライン及び第１の及び第２の排出ラインが、それぞれ、第１の及び第２のメータイン制御弁及び第１の及び第２のメータアウト制御弁にそれぞれ接続される。ブーム操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に、アクチュエータを操作するためのそれぞれの流路内で生成された圧力振動が検出され、個々のメータイン制御弁及びメータアウト制御弁が、それぞれの流路内の圧力振動を抑制するよう制御される。
【選択図】図２

Description

本明細書は、圧力振動を減衰するための液圧制御回路の振動防止方法及び振動防止システムに関する。

一般に、油圧掘削機のような作業機械には、油圧シリンダのような様々な液圧アクチュエータが装備されている。液圧アクチュエータが、たとえば油圧掘削機に取り付けられた前部作業リンク機構を動作させるための油圧シリンダである場合には、油圧シリンダ用の操作レバーを急に動作位置からニュートラル位置に戻すと、油圧シリンダの油の供給又は排出が中断される。このため、油圧シリンダ内に残っている運動エネルギが圧力振動を生成するが、この圧力振動の固有振動数は、油圧シリンダのオイルチャンバ内の又は供給路又は排出路内の油の圧縮、及び油圧シリンダに作用する重量負荷の慣性によって決まる。圧力振動は、残っている運動エネルギが放熱の形で消滅するまで長時間持続するため、操作者は不快な気持ちになり、動作効率も損なわれる。

したがって、操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻るとすぐに液圧アクチュエータ内で生成される、このような圧力振動を素早く抑制する技術が必要となる。

圧力振動を抑制するよう制御される、（特許文献１）に開示されている制御弁は、油圧シリンダのロッド側のオイルチャンバ及び頭部側のオイルチャンバ用の供給及び排出制御が１つのスプール弁によって行われるような形で配置される。この結果、たとえば、圧力振動が、頭部側のオイルチャンバに接続されたアクチュエータを操作するための流路内で検出され、制御弁が圧力振動を減衰する方向に変位した場合には、この弁の変位により、頭部側のオイルチャンバだけでなくロッド側のオイルチャンバへも油が供給されること、及びこれらチャンバから油が排出されることが可能となり得る。これが発生した場合には、生成された圧力振動の振動数が油圧シリンダのロッド側及び頭部側の両方で同じになり、両側間で位相が逆になる。したがって、頭部側の圧力振動を減衰させるための制御弁の変位が、ロッド側にも生じた圧力振動の減衰に効果がない場合がある。

さらに、油圧掘削機に取り付けられた前部作業リンク機構には、ブームを垂直方向に動かせるようその底端部が機械本体上で枢転するブームのような、相互に揺動することができるよう共に結合された複数の部材と、前後に揺動することができるようブームの前端部で枢転するスティックなどと、これらの部材を揺動するための油圧シリンダとが含まれる。このような機械において１つの部材用の油圧シリンダが突然停止した場合には、その停止による衝撃が、別の部材用の油圧シリンダの油圧回路に伝達され、別の部材用の油圧シリンダ内で圧力振動が生成される。この結果、前部作業リンク機構全体に振動が起きる。

特開平１３−２８０３０５号公報

本明細書は、一般に当業者に知られている上記及び他の課題の解決方法を提供することを目的とする。

一形態においては、複数のアクチュエータを備えた液圧制御回路の振動防止方法が提供される。アクチュエータを操作するための流路には、液圧アクチュエータへの流体供給を制御するためのメータイン制御弁と、液圧アクチュエータからの流体排出を制御するためのメータアウト制御弁とが設けられる。本方法は、アクチュエータ用の操作レバーが動作位置にある場合には、液圧アクチュエータを操作するための操作レバーからのオペレーションコマンドに基づいて、メータイン制御弁及びメータアウト制御弁を制御するステップを含む。本方法は、個々の流路内で生成された圧力振動を検出するステップと、操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に、個々の流路内の圧力振動を抑制するステップとをさらに含む。

別の形態においては、本明細書は、液圧制御回路用の振動防止システムを提供する。本システムは、複数の液圧アクチュエータと、これらの液圧アクチュエータと複数の操作レバーとに接続する複数の流路とを含み、それぞれ１つが、１つの液圧アクチュエータに対応する。また、流路内に配置された、複数のメータイン制御弁及び複数のメータアウト制御弁も設けられ、メータイン制御弁は、液圧アクチュエータへの流体供給を制御し、メータアウト制御弁は、アクチュエータからの流体排出を制御する。振動防止システムは、対応する操作レバーが動作位置にある場合には、操作レバーからのオペレーションコマンドに基づいて液圧アクチュエータを操作するための、それぞれメータイン制御弁及びメータアウト制御弁を制御するための第１の及び第２の動作回路をさらに含む。本システムは、個々の流路内で生成された圧力振動を検出し、かつ対応する操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に個々の流路内の圧力振動を抑制するよう、それぞれメータイン制御弁及びメータアウト制御弁を制御するための第１の及び第２の振動防止回路をさらに含む。

さらに別の形態においては、本明細書は、操作者入力装置と、少なくとも１つの液圧アクチュエータと、少なくとも１つの液圧アクチュエータに接続する液圧制御回路とを含む、作業機械を提供する。作業機械は、液圧制御回路と少なくとも１つの液圧アクチュエータとの間の作動液の流れを制御するために液圧回路内に置かれたメータイン制御弁及びメータアウト制御弁の少なくとも１つをさらに含む。作業機械は、操作者入力装置が動作位置にある場合には、少なくとも幾分操作者入力装置からのコマンドに基づいてメータイン制御弁及びメータアウト制御弁の少なくとも１つを制御するための、少なくとも１つの動作回路をまたさらに含む。作業機械は、操作者入力装置がニュートラル位置にある場合には、少なくとも幾分油圧制御回路内の液圧振動を示す値に基づいてメータイン制御弁及びメータアウト制御弁の少なくとも１つを制御するための、少なくとも１つの振動抑制制御回路をまたさらに含む。

図１に油圧掘削機が示されている。ショベル１は、クローラタイプの下部走行体２と、下部走行体２に回転可能に支持された上部回転体３と、上部回転体３に取り付けられた前部作業リンク機構４と、他の構成部材とを備える。前部作業リンク機構４は、ブーム５が垂直方向に揺動することができるようその底端部が上部回転体３に支持されたブーム５と、自由に前後に揺動するようブーム５の前端部に支持されたスティック６と、スティック６の前端部に装着されたバケット７とを含む。

図１はまた、ブーム５を揺動するためのブームシリンダ８と、スティック６を揺動するためのスティックシリンダ９とを示している。ブームシリンダ８及びスティックシリンダ９用の油圧制御回路が図２に示されており、１０は、ブームシリンダ８及びスティックシリンダ９用の圧油供給源として働く油圧ポンプである。数字１１は、油タンクであり、１２は、ブームシリンダ８の油の供給及び排出を制御するブームバルブユニットであり、１３は、スティックシリンダ９の油の供給及び排出を制御するスティックバルブユニットである。ブームシリンダ８は、前部作業リンク機構４全体である重量負荷Ｗ１を動作させ、スティックシリンダ９は、スティック６から前部作業リンク機構４の内部の先端部側までの重量負荷Ｗ２を動作させる。

ブームバルブユニット１２は、第１の供給ライン１４と、第２の供給ライン１５と、第１の排出ライン１６と、第２の排出ライン１７とを含み、これらのすべてを接続すると四角い環状形が形成される。ライン１４、１５、１６、及び１７には、それぞれ、第１のメータイン制御弁１８、第２のメータイン制御弁１９、第１のメータアウト制御弁２０、及び第２のメータアウト制御弁２１が設けられる。第１のメータイン制御弁１８及び第１のメータアウト制御弁２０は、ブームの第１の制御区間２２から出力された制御信号に従って動作し（これについては後に記述する）、第２のメータイン制御弁１９及び第２のメータアウト制御弁２１は、ブームの第２の制御区間２３から出力された制御信号に従って動作する。

ブームバルブユニット１２はまた、排出ライン１０ａを介して油圧ポンプ１０に接続されたポンプポート１２ａと、タンクライン１１ａを介して油タンク１１に接続されたタンクポート１２ｂと、ブームのロッド側のライン２４を介して、ブームシリンダ８のロッド側のオイルチャンバ８ａ上の油の出入り口であるロッド側のポート８ｃに接続されたロッド側の出力ポート１２ｃと、ブームの頭部側のライン２５を介して、ブームシリンダ８の頭部側のオイルチャンバ８ｂ上の油の出入り口である頭部側のポート８ｄに接続された頭部側の出力ポート１２ｄとを備える。ポンプポート１２ａは、第１の供給ライン１４と第２の供給ライン１５との接続部Ａと連通する。タンクポート１２ｂは、第１の排出ライン１６と第２の排出ライン１７との接続部Ｂと連通する。ロッド側の出力ポート１２ｃは、第１の供給ライン１４と第１の排出ライン１６との接続部Ｃと連通する。頭部側の出力ポート１２ｄは、第２の供給ライン１５と第２の排出ライン１７との接続部Ｄと連通する。

ブームのロッド側のライン２４、第１の供給ライン１４、及び第１の排出ライン１６は、本明細書によるアクチュエータを操作するための第１の流路に対応し、ブームの頭部側のライン２５、第２の供給ライン１５、及び第２の排出ライン１７は、本明細書によるアクチュエータを操作するための第２の流路に対応する。

圧力振動を検出するための第１の圧力検出器２６が、ブームバルブユニット１２内の第１の供給ライン１４に接続される。圧力検出器２６は、第１のメータイン制御弁１８の下流側のブームのロッド側のライン２４と連通する供給ライン１４の一部に接続され、かつブームシリンダ８のロッド側のオイルチャンバ８ａ及びブームのロッド側のライン２４内で生成された圧力振動を検出する。また、圧力振動を検出するための第２の圧力検出器２７が、第２のメータイン制御弁１９の下流側のブームの頭部側のライン２５と連通する第２の供給ライン１５の一部に接続される。第２の圧力検出器２７は、ブームシリンダ８の頭部側のオイルチャンバ８ｂ及びブームの頭部側のライン２５内で生成された圧力振動を検出する。第１の及び第２の圧力検出器２６及び２７は、検出された圧力信号を、それぞれブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３に送信する。

ブームバルブユニット１２には、ポンプポート１２ａと接続部Ａとの間にチェック弁２８がさらに設けられる。チェック弁２８は、油がバルブユニット１２から排出ライン１０ａへと逆流するのを防止する。

スティックバルブユニット１３は、ブームバルブユニット１２と同様の構造を有し、第１の供給ライン２９と、第２の供給ライン３０と、第１の排出ライン３１と、第２の排出ライン３２とを含み、これらのすべてを接続すると四角い環状形が形成される。ライン２９、３０、３１、及び３２には、それぞれ、第１のメータイン制御弁３３、第２のメータイン制御弁３４、第１のメータアウト制御弁３５、及び第２のメータアウト制御弁３６が設けられる。第１のメータイン制御弁３３及び第１のメータアウト制御弁３５は、スティックの第１の制御区間３７から出力された制御信号に従って動作し、第２のメータイン制御弁３４及び第２のメータアウト制御弁３６は、スティックの第２の制御区間３８から出力された制御信号に従って動作する。スティックバルブユニット１３はまた、排出ライン１０ａを介して油圧ポンプ１０に接続されたポンプポート１３ａと、排出ライン１１ａを介して油タンク１１に接続されたタンクポート１３ｂと、スティックのロッド側のライン３９を介してスティックシリンダ９のロッド側のオイルチャンバ９ａ上の油の出入り口であるロッド側のポート９ｃに接続されたロッド側の出力ポート１３ｃと、スティックの頭部側のライン４０を介してスティックシリンダ９の頭部側のオイルチャンバ９ｂ上の油の出入り口である頭部側のポート９ｄに接続された頭部側の出力ポート１２ｄとを備える。スティックバルブユニット１３には、油がバルブユニット１３から排出ライン１０ａへと逆流するのを防止するチェック弁４１がさらに設けられる。第１の圧力検出器４２が、第１のメータイン制御弁３３の下流側のスティックのロッド側のライン３９と連通する第１の供給ライン２９の一部に接続される。第１の圧力検出器４２は、スティックシリンダ９のロッド側のオイルチャンバ９ａ及びスティックのロッド側のライン３９内で生成された圧力振動を検出する。また、第２の圧力検出器４３が、第２のメータイン制御弁３４の下流側のスティックの頭部側のライン４０と連通する第２の供給ライン３０の一部に接続される。第２の圧力検出器４３は、スティックシリンダ９の頭部側のオイルチャンバ９ｂ及びスティックの頭部側のライン４０内で生成された圧力振動を検出する。第１の及び第２の圧力検出器４２及び４３は、検出された圧力信号を、それぞれスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８に送信する。

排出ライン１０ａは、油ポンプ１０から排出された圧油がそれぞれのバルブユニット１２及び１３に供給される油路である。排出ライン１０ａの半ばで、迂回ライン４４が、バルブユニット１２及び１３に接続することなく直接油タンク１１に届くよう油ポンプ１０から分岐する。迂回ライン４４には、迂回ライン４４内の流量を制御し、かつ迂回制御区間４６からの制御信号に従って動作する、迂回制御弁４５が設けられる。

起動信号出力区間４７が、ブーム操作レバー４８からの入力信号に従って起動信号を生成する。図３に示されているように、起動信号出力区間４７で、ブーム操作レバー４８からのコマンド信号値（レバー４８が伸長側へと操作され、かつブーム５が持ち上げられた場合には、コマンド信号値は正であり、レバー４８が収縮側へと操作され、かつブーム５が下げられた場合には、コマンド信号値は負である)が微分器４９内に入力され、微分器４９からの出力信号及びブーム操作レバー４８からのコマンド信号が第１の積分器５０内で積分される。次いで、第１の積分器５０からの積分結果が、第１の関数５１内に入力され、第１の積分器５０からの出力が負である場合、つまりブーム操作レバー４８が伸長側にある又は収縮側からニュートラル側へと動かされた場合には、正論理値「１」を出力する。同様に、第１の積分器５０からの出力が正である場合、つまりブーム操作レバー４８がニュートラル側から伸長側へと又は収縮側へと動かされた場合には、負論理値「０」が出力される。それに対して、ブーム操作レバー４８がニュートラル位置にある又は（ニュートラル状態において)ニュートラル位置に近いニュートラル不感帯Ｒにある場合には、第２の関数５２が正の値「１」を出力し、ブーム操作レバー４８が（動作状態において)ニュートラル不感帯Ｒ外へと操作された場合には、負論理値「０」を出力する。第２の関数５２及び第１の関数５１からの出力が、第２の積分器５３で積分され、第１の関数５１及び第２の関数５２からの出力が両方とも正の値「１」である場合には、正の値「１」を出力し、そうでない場合には、第２の積分器５３は負の値「０」を出力する。したがって、操作者が、ブーム操作レバー４８を伸長側又は収縮側からニュートラル位置に戻して、ブームシリンダ８を停止しようとした場合には、第２の積分器５３は、短時間に正論理値「１」を出力し、第１の遅延要素５４により瞬間的に受信される。次いで、第１の遅延要素５４からの出力が、デフォルトで負の値「０」を出力する第３の関数５５内に入力されるが、第１の遅延要素５４からの出力が第３の関数５５で指定された値αを超えた場合には、起動信号として正論理値「１」を出力する。この結果、操作者がブーム操作レバー４８を動作位置からニュートラル位置に戻した場合には、レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所定の時間Ｔ（第１の遅延要素５４からの出力が指定された値αを超え、最大まで進み、最後に値α未満に下がるまでの継続時間)中に、正論理値「１」が、起動信号出力区間４７からの起動信号として出力される。起動信号は、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３に、迂回制御区間４６に、及びスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８に、起動信号分割区間６７を介して送信される。これについては後に記述する。

動作回路及び振動防止回路が、それぞれ、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３、及びスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８内に組み込まれる。動作回路は、ブーム操作レバー４８及びスティック操作レバー５６のオペレーションに対応するオペレーション信号を出力するためのものである。振動防止回路は、ブーム操作レバー４８が動作位置からニュートラル位置に戻された場合に、ブーム及びスティックシリンダ８及び９内で生成された圧力振動を抑止するための振動防止信号を出力するためのものである。両方の回路が、それぞれの制御区間２２、２３、３７、及び３８内に同一の方法で組み込まれる。したがって、図４を参照しながら、まずブームの第１の制御区間２２内に組み込まれた動作回路について記述する。

ブームの第１の制御区間２２内に組み込まれる動作回路は、メータイン動作回路及びメータアウト動作回路から構成される。メータイン動作回路は、ブーム操作レバー４８からのコマンド信号をメータイン動作信号出力ユニット５７に入力する。コマンド信号が収縮側へのオペレーションのためである場合には、信号出力ユニット５７は、レバーの動作量に対応しかつニュートラル不感帯Ｒの要素を反映する信号にコマンド信号を調整し、この調整された信号を出力する。次いで、信号出力ユニット５７からのこの調整された信号は、順次、利得増幅器Ｇ１及び第１の加算器５８に送信され、最後に、動作信号として第１のメータイン制御弁１９内に入力される。この動作信号を受信すると、第１のメータイン制御弁１８は、ブーム操作レバー４８の動作量に対応する開放量で第１の供給ライン１４を開放する。

また、メータアウト動作回路は、ブーム操作レバー４８からのコマンド信号をメータアウト動作信号出力ユニット５９に入力する。コマンド信号が伸長側Ｅへのオペレーションのためである場合には、信号出力ユニット５９は、レバーの動作量に対応しかつニュートラル不感帯Ｒの要素を反映する信号にコマンド信号を調整し、この調整された信号を出力する。次いで、信号出力ユニット５９からのこの調整された信号は、順次、利得増幅器Ｇ２及び第２の加算器６０に送信され、最後に、動作信号として第１のメータアウト制御弁２０内に入力される。この動作信号を受信すると、第１のメータアウト制御弁２０は、ブーム操作レバー４８の動作量に対応する開放量で第１の排出ライン１６を開放する。

同様に、ブームの第２の制御区間２３内の動作回路は、動作信号を第２のメータイン制御弁１９に出力するためのメータイン動作回路と、動作信号を第２のメータアウト制御弁２１に出力するためのメータアウト動作回路とから構成される。

したがって、ブームシリンダ８は、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３内に組み込まれたそれぞれの動作回路から出力された動作信号に基づいて、ブーム操作レバー４８のオペレーションに応じて伸長し収縮する。

言い換えれば、ブーム操作レバー４８がニュートラル位置にある場合には（ブーム操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された後の所定の時間Ｔは除外される)、動作信号が、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３内の動作回路から出力されない。したがって、第１の及び第２のメータイン制御弁１８及び１９及び第１の及び第２のメータアウト制御弁２０及び２１はすべて、閉じられたままとなる。したがって、ブームシリンダ８の油の供給又は排出が行われず、ブームシリンダ８は静止状態に保たれる。

ブーム操作レバー４８がニュートラル位置から収縮側Ｃへと操作された時に、ブームの第１の制御区間２２内のメータイン動作回路は、動作信号を第１のメータイン制御弁１８に出力し、制御弁１８は、レバーの動作量に対応する開放量で第１の供給ライン１４を開放し、同様に、ブームの第２の制御区間２３内のメータアウト動作回路は、動作信号を第２のメータアウト制御弁２１に出力し、制御弁２１は、レバーの動作量に対応する開放量で第２の排出ライン１７を開放する。出力信号に応じて、油圧ポンプ１０から排出された圧油が、排出ライン１０ａ、第１の供給ライン１４、及びブームのロッド側のライン２４を介して、ブームシリンダ８のロッド側のオイルチャンバ８ａに供給され、頭部側のオイルチャンバ８ｂから排出された油は、ブームの頭部側のライン２５、第２の排出ライン１７、及びタンクライン１１ａを介して、油タンク１１内を流れるようになる。したがって、ブームシリンダ８は収縮する。

同様に、ブーム操作レバー４８がニュートラル位置から伸長側へと操作された時に、ブームの第２の制御区間２３内のメータイン動作回路は、動作信号を第２のメータイン制御弁１９に出力し、制御弁１９は、レバーの動作量に対応する開放量で第２の供給ライン１５を開放し、同様に、ブームの第１の制御区間２２内のメータアウト動作回路は、動作信号を第１のメータアウト制御弁２０に出力し、制御弁２０は、レバーの動作量に対応する開放量で第１の排出ライン１６を開放する。出力信号に応じて、油圧ポンプ１０から排出された圧油が、排出ライン１０ａ、第２の供給ライン１５、及びブームの頭部側のライン２５を介して、ブームシリンダ８の頭部側のオイルチャンバ８ｂに供給され、ロッド側のオイルチャンバ８ａから排出された油は、ブームのロッド側のライン２４、第１の排出ライン１６、及びタンクライン１１ａを介して、油タンク１１内を流れるようになる。このような方法で、ブームシリンダ８は伸長する。

ブームシリンダ８の場合と同様に、スティックシリンダ９もまた、スティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８内に組み込まれた、それぞれの動作回路から出力された動作信号に基づいて、スティック操作レバー５６のオペレーションに応じて伸長し収縮する。

次に、図４を参照しながら、ブームの第１の制御区間２２内に組み込まれた振動防止回路について記述する。振動防止回路においては、第１の供給ライン１４内に配置された第１の圧力検出器２６で検出された圧力信号には、帯域通過フィルタ６１でフィルタがかけられる。帯域通過フィルタ６１は、ブームシリンダ８のオペレーションを停止するとすぐに生成される圧力振動の固有振動数及び固有振動数周辺の振動数を有する振動成分のみを通過し、設定圧を表す直流成分を除く。伝達関数内の記号ωＬは、固有角振動数より低い振動数を有し、かつフィルタ６１を通過することができる、振動成分の下限値での振動成分の角振動数を表している。記号ωＨは、固有角振動数より高い振動数を有し、かつフィルタ６１を通過することができる、振動成分の上限値での振動成分の角振動数を表している。

次いで、帯域通過フィルタ６１から出力された信号が、利得増幅器Ｇ３を介して積分器６２に入力される。積分器６２は、帯域通過フィルタ６１からの出力信号と起動信号出力区間４７からの起動信号とを積分する。起動信号が、正論理値「１」である時には、つまりブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中は、帯域通過フィルタ６１からの信号自体が、積分器６２からの出力信号となる。起動信号が、負論理値「０」である時には、つまりブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ以外の持続時間内は、帯域通過フィルタ６１からの信号は、積分器６２によって阻止される。

積分器６２からの出力信号は、信号の符号を変更することなく第２の加算器６０内に入力され、信号の符号を負に変更した後同様に第１の加算器５８内に入力される。この結果、山形の波形（正の振動波形)の区域内の圧力振動を表す帯域通過フィルタ６１からの出力信号は、第２の加算器６０を介して、振動防止信号として第１のメータアウト制御弁２０に出力される。振動防止信号を受信すると、第１のメータアウト制御弁２０は、第１の排出ライン１６を開放して、ブームシリンダ８のロッド側のオイルチャンバ８ａ内で及びブームのロッド側のライン２４内で生成された圧力を、第１の排出ライン１６を介してタンクライン１１ａに解放する。他方、谷形の波形（負の振動波形)の区域内の圧力振動を表す出力信号は、第１の加算器５８を介して、振動防止信号として第１のメータイン制御弁１８に出力される。振動防止信号を受信すると、第１のメータイン制御弁１８は、第１の供給ライン１４を開放して、排出ライン１０ａから第１の供給ライン１４を介してブームのロッド側のライン２４及びロッド側のオイルチャンバ８ａに圧油を供給する。

ブームの第２の制御区間２３には、ブームの第１の制御区間２２と同様の振動防止回路が設けられる。ブームの第１の制御区間２２の場合と同様に、起動信号が起動信号出力区間４７から出力されている間、つまりブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中に、ブームシリンダ８の頭部側のオイルチャンバ８ｂ内で及びブームの頭部側のライン２５内で生成された圧力振動が山形の波形（正圧)となった時には、第２のメータアウト制御弁２１が開放されて、油タンク１１側に圧力を解放し、圧力振動が谷の波形（負圧)となった時には、第２のメータイン制御弁１９が開放されて、圧油を供給する。

スティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８にもまた、それぞれ、同様の振動防止回路が設けられる。スティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８に対する起動信号が、起動信号分割区間６７を介して起動信号を受信する。図５に示されているように、起動信号分割区間６７で、起動信号出力区間４７からの起動信号が積分器６８内に入力され、スティック操作レバー５６からのコマンド信号が関数６９内に入力される。関数６９は、スティック操作レバー５６がニュートラル位置にある又は（ニュートラル状態において)ニュートラル位置に近いニュートラル不感帯Ｒにある場合には、正論理値「１」を出力し、操作レバー５６が（動作状態において)ニュートラル不感帯Ｒ外へと操作された場合には、負の値「０」を出力する。関数６８からの出力は、積分器６８で起動信号と積分される。関数６８及び起動信号からの出力が等しく正論理値「１」である場合、つまりブーム操作レバー４８が動作状態からニュートラル状態に戻された後の所与の時間Ｔ中にスティック操作レバー５６がニュートラル状態である間は、正論理値「１」は積分器６８から出力され、そうでない場合には、負の値「０」を出力する。次いで、積分器６８からの出力は、起動信号として、それぞれスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８内の振動防止回路内に入力される。

起動信号分割区間６７からの起動信号が正論理値「１」である時に、つまりブーム操作レバー４８が動作状態からニュートラル状態に戻された後の所与の時間Ｔ中にスティック操作レバー５６がニュートラル状態である間に、スティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８内の振動防止回路に従って、スティックシリンダ９のロッド内で又は頭部側のオイルチャンバ９ａ及び９ｂ内で生成された及びスティックのロッド側又は頭部側のライン３９及び４０内で生成された圧力振動が山形の波形（正圧)となった時には、第１の及び第２のメータアウト制御弁３５及び３６が開放されて、圧力を油タンク１１側に解放する。他方、圧力振動が谷形の波形（負圧)となった時には、第１の及び第２のメータイン制御弁３３及び３４が開放されて、圧油を供給する。

上述したように、迂回制御区間４６は、迂回ライン４４内に配置された迂回制御弁４５に制御信号を出力するためのものである。迂回制御区間４６で、ブーム操作レバー４８及びスティック操作レバー５６からのコマンド信号が、加算器６３内に入力される。迂回制御区間４６は、両方の操作レバー４８及び５６がニュートラル状態である場合には、迂回制御弁４５の開放量が最大となるよう、入力コマンド信号に基づいて迂回制御弁４５を制御し、操作レバーの少なくともいずれかが動作状態である場合には、レバーの動作量が増加するにつれて開放量が小さくなる。迂回制御弁４５の制御に従って、操作レバー４８及び５６の両方がニュートラル状態である場合には、油圧ポンプ１０を無負荷状態にするよう、油圧ポンプ１０からの排出油が迂回ライン４４を通って油タンク１１へと迂回され、操作レバー４８及び５６の少なくともいずれかが操作された時には、迂回ライン４４を閉じることにより、油圧ポンプ１０の排出圧力を増加させる。この時に、排出ライン１０ａの回路最大圧力が、回路圧力を設定するために逃がし弁６４によって設定される。

迂回制御区間４６は、高圧信号出力ユニット６５と積分器６６とをさらに含む。高圧信号出力ユニット６５は、油圧ポンプ１０の排出圧力が逃がし弁６４によって設定された回路最大圧力よりわずかに低い高圧となるよう、迂回制御弁４５の開放を制御する信号を出力する。高圧信号出力ユニット６５からの出力信号は積分器６６内に入力され、ここで、信号出力ユニット６５からの出力信号と起動信号出力区間４７からの起動信号とを積分し、この積分された信号を加算器６３に出力する。起動信号が正論理値「１」である時には、つまりブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中は、高圧信号出力ユニット６５からの入力信号自体が、積分器６６から加算器６３への出力信号となる。起動信号が、負論理値「０」である時には、つまりブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ以外の持続時間内に発生した時には、信号出力ユニット６５からの入力信号は、積分器６６によって阻止される。したがって、ブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中は、高圧信号出力ユニット６５からの出力信号は、積分器６６及び加算器６３を介して、振動防止信号として迂回制御弁４５に出力される。この結果、油圧ポンプ１０は、開ループ制御となり、その排出圧力は回路最大圧力よりわずかに低い高圧となる。油圧ポンプ１０は、ブームシリンダのロッド側及び頭部側のオイルチャンバ８ａ及び８ｂ及びスティックシリンダのロッド側及び頭部側のオイルチャンバ９ａ及び９ｂに、高圧油を供給する。ここで、生成された圧力振動が、個々の振動防止信号出力に従って開放される第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４により谷形の波形となる。

上記の実施形態においては、ブームシリンダ８及びスティックシリンダ９の油の供給及び排出制御が、それぞれブームバルブユニット１２及びスティックバルブユニット１３内に組み込まれた、個々の第１の及び第２のメータイン制御弁及び第１の及び第２のメータアウト制御弁１８〜２１及び３３〜３６によって実行される。個々のブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３、及びスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８は、それぞれの制御コマンドをこれらの制御弁１８〜２１及び３３〜３６に出力するが、これらには動作回路及び振動回路が設けられる。

それぞれのブーム又はスティック操作レバー４８及び５６が操作された時に、オペレーション信号が、それぞれの制御区間２２、２３、３７、及び３８の動作回路から、それぞれの制御弁１８〜２１及び３３〜３６に送信される。オペレーション信号を受信すると、それぞれの制御弁が、それぞれ供給又は排出ライン１４〜１７及び３３〜３６を開放して、操作レバー４８及び５６のオペレーションに対応するバルブ開放量で油を供給又は排出する。したがって、ブームシリンダ８及びスティックシリンダ９は、操作レバー４８及び５６のオペレーションに対応して収縮し伸長する。

このような構成においては、ブーム操作レバー４８が動作位置からニュートラル位置に急に戻り、ブーム５を停止した時には、動作信号の出力が停止し、第１の及び第２のメータイン制御弁１８及び１９及び第１の及び第２のメータアウト制御弁２０及び２１が閉じられる。この結果、ブームシリンダ８への油の供給及びブームシリンダ８からの油の排出が突然中断され、このため、ブームシリンダ８内に残っている運動エネルギが圧力振動を生成するが、この圧力振動は、ロッド側及び頭部側のオイルチャンバ８ａ及び８ｂ及びブームのロッド側及び頭部側のライン２４及び２５内の油の圧縮により、かつブームシリンダ８に作用する前部作業リンク機構４の重量負荷Ｗ１の慣性により決まる固有値を有する。それに対して、またブームシリンダ８の突然の休止による衝撃により、スティックシリンダ９の油圧回路内の圧力振動が生成される。ブーム及びスティックシリンダ８及び９の油圧回路内で生成されたこれらの圧力振動は、それぞれ第１の及び第２の圧力検出器２６、２７、４２、及び４３で検出され、圧力信号が、それぞれ、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３、及びスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８に送信される。

ブーム操作レバー４８が動作位置からニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中に、起動信号出力区間４７は、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３、及び迂回制御区間４６に、正論理「１」の起動信号を出力する。その間、正論理「１」の起動信号はまた、ブーム操作レバー４８が動作位置から（スティック操作レバー５６がニュートラル位置にある）ニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中に、スティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８に出力される。

起動信号出力区間４７から正論理値「１」の起動信号及び第１の及び第２の圧力検出器２６、２７、４２、及び４３から圧力信号を受信すると、ブームの第１の及び第２の制御区間２２及び２３の及びスティックの第１の及び第２の制御区間３７及び３８の振動防止回路は、それぞれ、第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４に、及び第１の及び第２のメータアウト制御弁２０、２１、３５、及び３６に、振動防止信号を送信する。振動防止信号に従って、ブームシリンダ８のロッド側及び頭部側のオイルチャンバ８ａ及び８ｂ、ブームのロッド側及び頭部側のライン２４及び２５、スティックシリンダ９のロッド側及び頭部側のオイルチャンバ９ａ及び９ｂ、及びスティックのロッド側及び頭部側のライン３９及び４０内で生成された圧力振動が、山形の波形（正圧)となった時には、第１の及び第２のメータアウト制御弁２０、２１、３５、及び３６が開放されて、生成された圧力を油タンク１１側に解放し、圧力振動の正圧を吸収して均一化する。他方、圧力振動が谷形の波形（負圧)となった時には、第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４が開放されて、圧油を供給し、圧力振動の負圧を吸収して均一化する。

その間、迂回制御区間４６は、正論理値「１」の入り起動信号に基づいて振動防止信号を迂回制御弁４５に出力し、油圧ポンプ１０の排出圧力を回路最大圧力よりわずかに低い高圧にする。次いで、油圧ポンプ１０は、個々の振動防止信号出力に従って開放される第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４を介して、生成された圧力振動がこれら内で谷形の波形となっている、ブームシリンダのロッド側及び頭部側のオイルチャンバ８ａ及び８ｂ、ブームのロッド側及び頭部側のライン２４及び２５、スティックシリンダのロッド側及び頭部側のオイルチャンバ９ａ及び９ｂ、及びスティックのロッド側及び頭部側のライン３９及び４０に高圧油を供給する。

したがって、この実施形態によれば、ブーム操作レバー４８が急に動作位置からニュートラル位置に戻された時に、ブームシリンダ８内の残留運動エネルギによって生成された圧力振動が検出される。圧力振動が正である場合には、結果として生じた圧力は、第１の及び第２のメータアウト制御弁２０、２１、３５、及び３６を介して解放される。圧力振動が負である場合には、圧油が、第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４を介して供給される。この結果、圧力振動が均一となり、したがって、全体として素早く減衰される。この構成においては、圧力振動を検出するための第１の及び第２の圧力検出器２６、２７、４２、及び４３、及び圧力振動を吸収するための、第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４、及び第１の及び第２のメータアウト制御弁２０、２１、３５、及び３６は、それぞれ、ブームシリンダ８の及びスティックシリンダ９のロッド側及び頭部側に別々に配置される。したがって、それぞれのシリンダのロッド側及び頭部側で、振動防止がそれぞれ別々に実行される。

したがって、ブームシリンダ８及びスティックシリンダ９のロッド側及び頭部側で生成された個々の圧力振動のサイクル又は位相が異なる場合には、両側での効果的な振動防止を達成するよう、ロッド側及び頭部側でのそれぞれの振動に応じて、振動防止が別々に実行される。これにより、図６及び図７に示されているように、圧力振動の素早い減衰が可能となり、ブーム操作レバー４８が急に動作位置からニュートラル位置に戻るとすぐに生成された圧力サージのスパイクが減少する。図６及び図７においては、Ｘ軸は、時間を表し、Ｙ軸は、それぞれブームシリンダのロッド側の圧力及びブームシリンダの頭部側の圧力を表している。したがって、継続的な圧力振動による不快な気持ちが操作者に起きず、より良い操作性に寄与することとなる。図６及び図７においては、実線は、本明細書による振動防止が実行される油圧制御回路内の圧力振動の減衰状態を表し、点線は、振動防止が実行されない油圧制御回路内の圧力振動の減衰状態を表している。

さらに、実施形態によれば、ブームシリンダ８の回路内で制御が実行されると同時に、スティックシリンダ９の油圧回路内でも振動防止が実行される。これは、ブーム操作レバー４８が急に動作位置からニュートラル位置に戻された時に、ブームシリンダ８の油圧回路内で生成された圧力振動が、ブーム５からスティック６を介してスティックシリンダ９の回路に伝達されるためである。ブーム操作レバーが急に伸長側からニュートラル位置に戻された時点は、それぞれ、図６及び図７にＰ_１及びＰ_２で表されている。この同時振動防止により、圧力振動のより効果的な減衰が可能となり、したがって、操作性の向上にさらに寄与することとなる。

この実施形態においては、ブーム操作レバー４８がニュートラル位置に戻された時に、振動防止が実行される。これは、ブームシリンダ８に作用する重量負荷Ｗ１が、スティックシリンダ９に作用する重量負荷Ｗ２より重く、またブーム操作レバー４８のニュートラル位置への急激な戻りによる圧力振動が、スティック操作レバー５６の同様の戻りによる圧力振動より大きいためである。しかし、スティック操作レバー５６が戻るとすぐに実行される振動防止の別の適用形態が、スティック操作レバー５６のオペレーションに応じて起動信号を生成する起動信号生成ユニットを実現することにより容易に達成され得る。

また、実施形態によれば、生成された圧力振動が負である場合には、第１の及び第２のメータイン制御弁１８、１９、３３、及び３４が開放されて、ブームシリンダ８及びスティックシリンダ９に圧油を供給する。この時、油圧ポンプ１０の排出圧力は、開ループ制御となり、迂回制御弁４５内に入力された振動防止信号に従って、回路最大圧力よりわずかに低い高圧となる。開ループ制御により、負圧を補うのに十分な圧力の素早い供給が可能となり、早い段階で負圧が相殺される。振動防止が実行された場合には、制御された高い排出圧力により、ブームシリンダ８の及びスティックシリンダ９の重量負荷を保持している側のオイルチャンバ（ブームシリンダ８の頭部側のオイルチャンバ８ｂ及びスティックシリンダ９のロッド側のオイルチャンバ９ａ)に供給される油の流量不足によりブーム５又はスティック６が下がるという課題も極めて効果的に解決される。

正論理値「１」の起動信号が出力されている間、つまりブーム操作レバー４８が動作位置からニュートラル位置に戻された後の所与の時間Ｔ中に、振動防止が実行され、そうでない場合には実行されない。したがって、たとえば、ブーム操作レバーが動作位置内に又はニュートラル位置内に保持されている場合に、圧力振動が検出されると、振動防止信号は、制御弁１８〜２１及び３３〜３６に出力されない。これにより、制御弁が誤って不必要に開放されるという問題が防止される。

この実施形態においては、液圧アクチュエータとして油圧掘削機に取り付けられたブームシリンダについて記述してきたが、本明細書の本方法及びシステムは、このようなブームシリンダ以外の様々な油圧シリンダにも適用され得る。本システム及び方法はまた、上部回転本体を回転させる回転モータのような油圧モータにも適応可能であり、油圧器具又は機械だけでなく、空気圧のような、他の加圧流によって動作するものにも適応可能である。

本明細書による油圧掘削機を示す斜視図である。 本明細書によるブームシリンダ及びスティックシリンダの油圧制御を示す回路図である。 本明細書による起動信号の出力区間を示すブロック図である。なお、同様の要素には図２と同様の番号が付されている。 本明細書によるブームの第１の制御区間を示すブロック図である。なお、同様の要素には図２及び図３と同様の番号が付されている。 本明細書による起動信号の分割区間を示すブロック図である。なお、同様の要素には図２〜図４と同様の番号が付されている。 本明細書によるブームシリンダのロッド側の圧力振動の減衰状態を示す特性要因図である。 本明細書によるブームシリンダの頭部側の圧力振動の減衰状態を示す特性要因図である。

符号の説明

１ ショベル
２ 下部走行体
３ 上部回転体
４ 前部作業リンク機構
５ ブーム
６ スティック
７ バケット
８ ブームシリンダ
８ａ ロッド側のオイルチャンバ
８ｂ 頭部側のオイルチャンバ
８ｃ ロッド側のポート
８ｄ 頭部側のポート
９ スティックシリンダ
９ａ ロッド側のオイルチャンバ
９ｂ 頭部側のオイルチャンバ
９ｃ ロッド側のポート
９ｄ 頭部側のポート
１０ 油圧ポンプ
１０ａ 排出ライン
１１ 油タンク
１１ａ タンクライン
１２ ブームバルブユニット
１２ａ ポンプポート
１２ｂ タンクポート
１２ｃ ロッド側の出力ポート
１２ｄ 頭部側の出力ポート
１３ スティックバルブユニット
１３ａ ポンプポート
１３ｂ タンクポート
１３ｃ ロッド側の出力ポート
１４ 第１の供給ライン
１５ 第２の供給ライン
１６ 第１の排出ライン
１７ 第２の排出ライン
１８ 第１のメータイン制御弁
１９ 第２のメータイン制御弁
２０ 第１のメータアウト制御弁
２１ 第２のメータアウト制御弁
２２ 第１の制御区間
２３ 第２の制御区間
２４ ブームのロッド側のライン
２５ ブームの頭部側のライン
２６ 第１の圧力検出器
２７ 第２の圧力検出器
２８ チェック弁
２９ 第１の供給ライン
３０ 第２の供給ライン
３１ 第１の排出ライン
３２ 第２の排出ライン
３３ 第１のメータイン制御弁
３４ 第２のメータイン制御弁
３５ 第１のメータアウト制御弁
３６ 第２のメータアウト制御弁
３７ 第１の制御区間
３８ 第２の制御区間
３９ スティックのロッド側のライン
４０ スティックの頭部側のライン
４１ チェック弁
４２ 第１の圧力検出器
４３ 第２の圧力検出器
４４ 迂回ライン
４５ 迂回制御弁
４６ 迂回制御区間
４７ 起動信号出力区間
４８ ブーム操作レバー
４９ 微分器
５０ 第１の積分器
５１ 第１の関数
５２ 第２の関数
５３ 第２の積分器
５４ 第１の遅延要素
５５ 第３の関数
５６ スティック操作レバー
５７ メータイン動作信号出力ユニット
５８ 第１の加算器
５９ メータアウト動作信号出力ユニット
６０ 第２の加算器
６１ フィルタ
６２ 積分器
６３ 加算器
６４ 逃がし弁
６５ 高圧信号出力ユニット
６６ 積分器
６７ 起動信号分割区間
６８ 積分器
６９ 関数
Ａ 接続部
Ｂ 接続部
Ｃ 接続部
Ｄ 接続部
Ｇ１ 利得増幅器
Ｇ２ 利得増幅器
Ｇ３ 利得増幅器
Ｅ 伸長側
Ｃ 収縮側
Ｗ１ 重量負荷
Ｗ２ 重量負荷

Claims (10)

1. 複数のアクチュエータを備えた液圧制御回路用の振動防止方法であって、アクチュエータを操作するための個々の流路には、液圧アクチュエータへの流体供給を制御するためのメータイン制御弁と液圧アクチュエータからの流体排出を制御するためのメータアウト制御弁とが設けられ、
   アクチュエータ用の操作レバーが動作位置にある場合には、液圧アクチュエータを操作する操作レバーからのオペレーションコマンドに基づいてメータイン制御弁及びメータアウト制御弁を制御するステップと、
   個々の流路内で生成された圧力振動を検出するステップと、
   操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に、個々の流路内の圧力振動を抑制するようメータイン制御弁及びメータアウト制御弁を制御するステップと
   を含む方法。
2. 圧力振動が山形の波形をとった時に、メータアウト制御弁が、アクチュエータを操作するための流路内で生成された山形の波形の液圧を解放するよう制御される請求項１に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
3. 圧力振動が谷形の波形をとった時に、メータイン制御弁が、アクチュエータを操作するための流路に谷形の波形の液圧を供給するよう制御される請求項１に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
4. 圧力振動を抑制するためのメータイン制御弁及びメータアウト制御弁の制御は、操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された後の所定の時間中に実行される請求項１に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
5. 液圧制御回路が、液圧アクチュエータ用の液圧供給源であるポンプと、ポンプから開始して、アクチュエータを操作するための流路に接続することなく直接タンクに届く迂回ラインと、迂回ライン内の流量を制御するための迂回制御弁とを含み、
   操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に、谷形の圧力波形が生成される、アクチュエータを操作するための流路に供給される液圧を増加するようポンプの排出圧力を制御する迂回制御弁による迂回ライン内の流量制御に基づいてポンプの排出圧力を制御するステップをさらに含む請求項３に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
6. 操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に、ポンプの排出圧力が開ループ制御となり、事前設定された回路最大圧力に近い高圧となる請求項５に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
7. 液圧制御回路が、少なくとも２つの液圧アクチュエータを含み、アクチュエータを操作するための流路が、個々の液圧アクチュエータに接続され、
   アクチュエータを操作するための流路内で生成された圧力振動を検出し、１つの液圧アクチュエータ用の操作レバーがニュートラル位置にある一方で、他の液圧アクチュエータ用の操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に流路内の圧力振動を抑制するよう、メータイン制御弁及びメータアウト制御弁を制御するステップをさらに含む請求項１に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
8. 液圧制御回路が、
   対応する操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻されたことを検出するとすぐに起動信号を出力する起動信号出力手段と、
   アクチュエータを操作するための流路内で生成された圧力振動を検出する圧力振動検出手段と、
   制御弁制御手段とを備え、
   検出された圧力振動が山形の波形を有する時には、少なくとも１つのメータアウト制御弁を介して圧力を解放するよう、制御手段を介して少なくとも１つのメータアウト制御弁に振動防止コマンドを送信することと、
   検出された圧力振動が谷形の波形を有する時には、少なくとも１つのメータイン制御弁を介して液圧を供給するよう、制御手段を介して少なくとも１つのメータイン制御弁に振動防止コマンドを送信することと
   をさらに含む請求項１に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
9. 液圧制御回路が、液圧アクチュエータ用の液圧供給源であるポンプと、ポンプから開始して、アクチュエータを操作するための流路に接続することなく直接タンクに届く迂回ラインと、迂回ライン内の流量を制御するための迂回制御弁とを含み、
   迂回制御弁による迂回ライン内の流量制御に基づいてポンプの排出圧力を制御することと、操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に谷形の圧力が生成される流路に供給される液圧を増加するよう、迂回制御弁に振動防止コマンドを送信することとをさらに含む請求項８に記載の液圧制御回路の振動防止方法。
10. 液圧制御回路には、振動防止リンク手段がさらに設けられ、アクチュエータは、建設機械の作業リンク機構を形成するよう、相互に揺動することができるよう共に結合された少なくとも２つの個々の部材を揺動するためのアクチュエータであり、
    １つの液圧アクチュエータ用の操作レバーがニュートラル位置にある一方で、他の液圧アクチュエータ用の操作レバーが動作位置からニュートラル位置に戻された時に、リンク機構内の振動防止回路を操作することをさらに含む請求項９に記載の液圧制御回路の振動防止方法。

Images