JP2633095B2 - 油圧建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

油圧建設機械の油圧制御装置

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JP2633095B2
JP2633095B2 JP6092491A JP6092491A JP2633095B2 JP 2633095 B2 JP2633095 B2 JP 2633095B2 JP 6092491 A JP6092491 A JP 6092491A JP 6092491 A JP6092491 A JP 6092491A JP 2633095 B2 JP2633095 B2 JP 2633095B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力トルク制御を採用
した油圧建設機械の油圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】エンジン(原動機)により駆動される可
変容量油圧ポンプからの吐出油によって駆動される走行
用油圧モータ(油圧アクチュエータ)を備え、例えば走
行ペダル(操作手段)の操作に応じて油圧モータに導か
れる圧油の量を制御して車両を走行せしめるとともに、
上記走行ペダルの操作に応じてエンジン回転数を制御可
能な油圧建設機械(例えばホイール式油圧ショベルな
ど)が知られている。そして、このような油圧建設機械
には以下のような入力トルク制御を採用するものがあ
る。
【0003】入力トルク制御とは、例えば回転数センサ
により検出される実際のエンジン回転数Nrと、エンジ
ンのガバナレバー位置(制御回転数)Nθとの偏差ΔT
を演算して後述するスピードセンシングを行い、この偏
差ΔTからエンジンストールを防止するための目標トル
クTpoを演算し、この目標トルクTpoから目標ポン
プ傾転角θAを求める制御である。
【0004】図7は上記入力トルク制御のうちのスピ−
ドセンシングの詳細を説明するブロック図である。図7
において、不図示のポテンショメ−タで検出された原動
機のガバナレバー位置Nθは、基準回転数演算部101
aおよびトルク演算部101bに入力される。基準回転
数演算部101aは、入力されたガバナレバー位置Nθ
に応じて図示の特性からスピードセンシング基準回転数
Nsを演算する。この特性によれば、基準回転数Ns
は、ガバナレバー位置Nθすなわち制御回転数が高いほ
ど高くなる。またトルク演算部101bは、入力された
ガバナレバー位置Nθに応じて図示の特性から目標トル
クTroを演算する。加算部101cは、エンジンの実
際の回転数Nrと、上記基準回転数Nsとの偏差ΔN
(=Nr−Ns)を求め、補正トルク演算部101d
は、この回転数偏差ΔNに応じて図示の特性から補正ト
ルクΔTを求める。この特性によれば、回転数偏差ΔN
が正のときには補正トルクも正になり、回転数偏差ΔN
が負のときには補正トルクも負になり、また|ΔN|の
増加に従って補正トルク|ΔT|が増加するようになっ
ている。
【0005】また関数発生器101eは、ガバナレバー
位置Nθが所定値未満のときには「0」、所定値以上の
ときには「1」を示す信号を出力し、その信号は乗算部
101gにて上記補正トルクΔTに掛合わされる。すな
わち補正トルクΔTは、ガバナレバー位置Nθが所定値
以上のときにのみ有効となり、このΔTは加算部101
fにて上記目標トルクTroに加算され、その値が目標
トルク指令値Tpoとして出力される。そして、この目
標トルク指令値Tpoから上述したように目標傾転角θ
Aが演算され、この目標傾転角θAとなるよう可変容量
油圧ポンプの傾転角(押除け容積)が制御される。
【0006】このような入力トルク制御によれば、エン
ジンのトルクに余裕がある場合には、補正トルクΔTが
正となって目標トルク指令値Tpoが増加し、一方、ト
ルクオ−バ−の場合には、補正トルクΔTが負となって
目標トルク指令値Tpoが減少するので、目標トルクを
定格トルクに近づけることができ、トルクを有効に設定
することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の入力トルク制御では、エンジン回転数を一定に
して運転する場合には問題はないが、例えば走行ペダル
によりエンジン回転数を制御しながら運転する場合に
は、以下に示す問題が発生する。
【0008】すなわち、例えば走行発進時に走行ペダル
をフルスロットルまで踏み込み操作すると、その踏み込
み量によって設定されるエンジンの制御回転数Nθは高
くなり、これに応じて上述したスピードセンシング基準
回転数Nsも高くなる。しかし、ガバナレバーが最大位
置になっても実際のエンジン回転数がガバナレバー位置
に応じた値に達するまでにはタイムラグがあり、このタ
イムラグの間は、回転数偏差ΔNは負となり、補正トル
クΔTも負となる。したがって目標トルク指令値Tpo
が小さくなって油圧ポンプの傾転角が減少し、ペダル操
作から回転数が上昇するまでは、ポンプ流量が不足して
油圧モータ、すなわち車両の加速性が悪化する。
【0009】本発明の目的は、上記入力トルク制御を採
用しつつも油圧アクチュエータがスムーズに加速可能な
油圧建設機械の油圧制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】一実施例を示す図1〜図
5に対応付けて説明すると、本発明は、原動機27によ
り駆動される可変容量油圧ポンプ1と、この油圧ポンプ
1からの吐出油により駆動される油圧アクチュエータ
4,21と、操作手段6,6aの操作に応じて油圧アク
チュエータ4,21に導かれる圧油の量を制御する制御
手段2,20と、原動機27の回転数を検出する検出手
段53と、検出された回転数と制御回転数との偏差に応
じて油圧ポンプ1の入力トルクを増減する入力トルク制
御手段100と、操作手段6,6aの操作量に応じて原
動機27の回転数を制御する原動機制御手段80とを備
えた油圧建設機械の油圧制御装置に適用される。そし
て、入力トルク制御手段100を以下のように構成する
ことにより上記問題点を解決する。すなわち、入力トル
ク制御手段100は、原動機制御手段80により原動機
回転数が制御されているときには、入力トルクが増加す
る方向の制御のみ行う。
【0011】
【作用】例えば、走行発進時に走行ペダル6a(操作手
段)をフルに踏み込み操作した場合、ガバナレバー27
bが最大位置になってから実際の回転数が吹き上がるま
でのタイムラグの間は、上述したように回転数偏差ΔN
は負となり補正トルクΔTも負となる。しかし入力トル
ク制御手段100は、このように操作手段6,6aの操
作に応じて原動機制御手段80により原動機27の回転
数が制御されているときには、入力トルクが増加する方
向の制御のみ行い、入力トルクが減少する方向の制御は
行わないので、目標トルク指令値Tpoは所定値以上は
小さくならず、油圧ポンプの傾転角は所定値以上に保持
される。したがって、例えば車両加速時にポンプ流量が
不足することなく、スムーズな加速性を確保することが
できる。
【0012】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
【0013】
【実施例】図1〜図6により本発明の一実施例を説明す
る。図2は本発明に係る油圧建設機械の駆動制御装置の
全体構成を示す図、図3はその一部分を拡大して示す図
であり、1はエンジン(原動機)27により駆動される
可変容量油圧ポンプである。エンジン27の回転数は、
ガバナ27aのガバナレバー27bをパルスモータ28
により回動することにより制御される。そして、そのエ
ンジン回転数に応じた可変容量油圧ポンプ1の吐出油が
走行用制御弁2を介して油圧モータ4に導かれるととも
に、作業用制御弁20を介して作業用油圧シリンダ21
に導かれる。
【0014】今、例えば前後進切換弁8を前進(F位
置)に切換えパイロット弁6のペダル6aを操作する
と、パイロット油圧ポンプ5からの吐出油がパイロット
式制御弁2のパイロットポート2aに導かれ、この制御
弁2がパイロット油圧に応じたストローク量で切換わ
る。これにより、可変容量油圧ポンプ1からの吐出油が
管路91,圧力補償弁23,制御弁2を経て油圧モータ
4に供給され車両が走行する。車両の速度は走行ペダル
6aの踏込量に依存する。
【0015】走行中にペダル6aを離すとパイロット弁
6が圧油を遮断しその出口ポートがタンク10と連通さ
れる。この結果、パイロットポート2aに作用していた
圧油が前後進切換弁8、スローリターン弁7、パイロッ
ト弁6を介してタンク10に戻る。このとき、スローリ
ターン弁7の絞り7aにより戻り油が絞られるからパイ
ロット式制御弁2は徐々に中立位置に切換わりながら車
両が徐々に減速されていく。
【0016】また作業レバー58を操作すると、その操
作量に応じて減圧弁59で減圧された圧力により油圧パ
イロット式の作業用制御弁20が切換わり、油圧ポンプ
1からの吐出油が管路92,圧力補償弁24および制御
弁20を介して作業用油圧シリンダ21に導かれ、油圧
シリンダ21の伸縮によりブームなどの作業用アタッチ
メントが昇降する。ここで、圧力補償弁23,24は、
油圧モータ4と油圧シリンダ21の作動を独立に補償さ
せ、これらにそれぞれの負荷圧よりも所定圧だけ高い圧
力を油圧ポンプ1から供給させるようにするものであ
る。
【0017】可変容量油圧ポンプ1の傾転角、すなわち
押除け容積は、傾転角制御装置40により制御される。
傾転角制御装置40は、エンジン27により駆動される
油圧ポンプ41と、一対の電磁弁42,43と、電磁弁
42,43の切換に応じて油圧ポンプ41からの圧油に
よりピストン位置が制御されるサーボシリンダ44とか
ら成り、サーボシリンダ44のピストン位置に応じて油
圧ポンプ1の傾転角が制御される。ここで、一対の電磁
弁42,43はコントローラ50により切換制御され
る。
【0018】51は、油圧ポンプ1の傾転角θsを検出
する傾転角センサ、52は油圧ポンプ1の吐出圧力Pp
を検出する圧力センサ、53はエンジン27の回転数N
rを検出する回転数センサ、54は、油圧ポンプ1の吐
出圧力とアクチュエータの最大負荷圧力(油圧モータ4
の負荷圧力と油圧シリンダ21の負荷圧力のうち大きい
方の値であり、シャトル弁29にて選択されたものであ
る)との差圧、つまりLS差圧ΔPLSを検出する差圧
センサである。また、55はガバナレバー27bの回動
量(制御回転数)Nθを検出するポテンショメ−タ、5
6は走行ペダル6aの操作量に応じたパイロット弁6の
圧力Ptを検出する圧力センサ、58は前後進切換弁8
の切換位置を検出し、中立位置以外の前進および後進位
置でハイレベル信号を出力する位置センサであり、これ
らの各センサの検出結果はコントローラ50に入力され
る。57は、燃料レバー57aの手動操作に応じた目標
回転数Xを指令する回転数設定装置であり、その指令信
号もコントローラ50に入力される。さらにSW1はブ
レーキスイッチであり、作業時にはオンされ、走行時に
はオフされる。このブレーキスイッチSW1の状態もコ
ントローラ50に入力される。なお、ブレーキスイッチ
SW1がオンでその出力はハイ、オフでロ−となる。
【0019】コントローラ50は、図1に示すような第
1の制御回路部60を有し、この制御回路部60は、ロ
ードセンシング制御部(以下、LS制御部)61と、ト
ルク制御部100と、選択部63と、サーボ制御部64
とから成る。LS制御部61は、目標差圧ΔPLSR
と、差圧センサ54で検出されたLS差圧ΔPLSとの
偏差Δ(PLS)を演算し、この偏差Δ(PLS)から
目標値の変化量ΔθLを演算し、これを積分してロード
センシング制御のための目標ポンプ傾転角θLを求めて
出力する。
【0020】トルク制御部100は目標トルク演算部1
01を有し、この目標トルク演算部101は、回転数セ
ンサ53で検出されたエンジン回転数Nrと、ポテンシ
ョメ−タ55で検出されたガバナレバー位置(制御回転
数)Nθとの偏差から補正トルクΔTを演算してスピー
ドセンシングを行い、この偏差ΔTからエンジンストー
ルを防止するための目標トルクTpoを演算する。ま
た、トルク制御部100は、この目標トルクTpoに圧
力センサ52で検出されたポンプ吐出圧力Ppの逆数を
乗じて傾転角演算を行う演算部102と、その値θps
に一時遅れ要素のフィルタをかけて入力トルク制御のた
めの目標ポンプ傾転角θTを求める傾転角演算部103
とを有している。
【0021】図4は上記目標トルク演算部101の詳細
を示しており、従来技術で説明した図7と同様な箇所に
は同一の符号を付し、相違点を主に説明する。図4にお
いて、この目標トルク演算部101では、従来のトルク
演算部101dの他にトルク演算部101d’を有して
いる。トルク演算部101d’の特性によれば、図示の
如く回転数偏差ΔNが正の場合は上述と同様に補正回転
数ΔTは正でかつΔNの増加に従って増加するが、ΔN
が負の場合には、ΔTは一定値(零)となる。すなわ
ち、入力トルクが増加する方向の制御のみ行われる。そ
して、各トルク演算部101d,101d’の出力は選
択部101hにそれぞれ入力される。
【0022】また符号101iで示すアンドゲート回路
には、ブレーキスイッチSW1のオン・オフ状態を示す
信号および位置センサ58の検出結果である前後進切換
弁8の切換位置を示す信号が入力されるとともに、関数
発生器101jの出力が入力される。関数発生器101
jは、圧力センサ56の出力、すなわち走行ペダル6a
の操作量に応じた圧力信号Ptが所定値未満の場合には
「0」を示す信号を、圧力信号Ptが所定値以上の場合
には「1」を示す信号を出力する。そして、アンドゲー
ト回路101iは、ブレーキスイッチSW1がオフし
(スイッチSW1はロ−レベル信号を出力)、前後進
切換弁8がN位置以外(F位置またはR位置)にあり
(センサ58はハイレベル信号を出力)、上記パイロ
ット圧Ptが所定値より高い(関数発生器101jはハ
イレベル信号を出力)、の3つの条件が全て満たされた
ときにのみオンする。これは、車両走行時であることを
示している。
【0023】そして上述した選択部101hは、アンド
ゲート回路101iがオフのときには関数発生器101
dにより得られた補正回転数ΔTを選択し、アンドゲー
ト回路101iがオンのときには関数発生器101d’
により得られた補正回転数ΔTを選択する。選択された
補正回転数ΔTは、乗算器101fに入力され、関数発
生器101eの出力に掛け合わされた後、加算部101
gで目標トルクTroに加算される。以上が目標トルク
演算部101の構成である。
【0024】また図1において、選択部63は、上記L
S制御部61およびトルク制御部62からの2つの目標
傾転角θL,θTのうち小さい方の値を傾転角指令値θ
rとして選択し、サーボ制御部64に出力する。サ−ボ
制御部64は、選択された傾転角指令値θrと、傾転角
センサ51により検出された傾転角フィ−ドバック値θ
sとを比較し、ポンプ傾転角θsが傾転角指令値θrに
一致するよう傾転角制御装置40を制御する。
【0025】ここで、上記LS制御部61によるロード
センシング制御によれば、LS差圧が一定値になるよう
に可変容量油圧ポンプ1の押除け容積が制御され、上記
ポンプ圧がロードセンシング圧よりも所定の目標値だけ
高く保持されるので、ポンプ吐出流量が制御弁2または
20の要求流量になるようにポンプ傾転角が制御され、
余分な流量を吐出することがなく絞り損失による無駄が
なくなり燃費および操作性の向上が図れる。またトルク
制御部62による入力トルク制御によれば、油圧ポンプ
1のトルクがエンジン27の出力トルクの範囲内に保持
され、エンジン27に過負荷が作用するのが防止され
る。
【0026】またコントローラ50は、図5に示す第2
の制御回路部80を有している。第2の制御回路部80
において、81は第1の目標回転数演算部であり、回転
数設定装置57の燃料レバー57aの変位量Xに相当す
る信号から変位量Xに応じた第1の目標回転数Nxを決
定する。82は第2の目標回転数演算部であり、走行ペ
ダル6aの操作量に対応するパイロット圧Pt(圧力セ
ンサ56からの信号)からパイロット圧Ptに応じた第
2の目標回転数Ntを決定する。
【0027】ここで、第1の目標回転数演算部81で
は、変位量Xと第1の目標回転数Nxとは、変位量Xが
増加するに従って第1の目標回転数Nxがアイドル回転
数Niから直線的に増加する関係に設定されている。ま
た第2の目標回転数演算部82では、パイロット圧Pt
と第2の目標回転数Ntとは、パイロット圧Pt(ペダ
ル操作量)が増加するに従って第2の目標回転数Ntが
アイドル回転数Niから直線的に増加する関係に設定さ
れている。さらに第1の目標回転数Nxの最大値Nxm
axはエンジン1が出し得る最高回転数よりも低く設定
され、第2の目標回転数Ntの最大値Ntmaxはエン
ジン1の当該最高回転数にほぼ等しく設定され、結果と
して、目標回転数Ntの最大値Ntmaxは目標回転数
Nxの最大値Nxmaxよりも大きくなっている。
【0028】これら目標回転数Nx,Ntは第3の選択
部83で大きい方の値が選択され、目標回転数指令値N
yとされる。この目標回転数指令値Nyはサ−ボ制御部
84でポテンショメ−タ55により検出されたガバナレ
バー27bの変位量Nθの信号と比較され、図6に示す
手順にしたがって両者が一致するようパルスモータ28
が制御される。
【0029】図6において、まずステップS21で目標
回転数指令値Nyとガバナレバー変位量Nθとをそれぞ
れ読み込み、ステップS22に進む。ステップS22で
は、Nθ−Nyの結果を回転数差Aとしてメモリに格納
し、ステップS23において、予め定めた基準回転数差
Kを用いて、|A|≧Kか否かを判定する。肯定される
とステップS24に進み、回転数差A>0か否かを判定
し、A>0ならばガバナレバ−変位量Nθが目標回転数
指令値Nyよりも大きい、つまり制御回転数が目標回転
数よりも高いから、エンジン回転数を下げるためステッ
プS25でモータ逆転を指令する信号をパルスモータ2
8に出力する。これによりパルスモータ28が逆転しエ
ンジン27の回転数が低下する。
【0030】一方、A≦0ならばガバナレバ−変位量N
θが目標回転数指令値Nyよりも小さい、つまり制御回
転数が目標回転数よりも低いから、エンジン回転数を上
げるためステップS26でモータ正転を指令する信号を
出力する。これにより、パルスモータ28が正転し、エ
ンジン27の回転数が上昇する。ステップS23が否定
されるとステップS27に進んでモータ停止信号を出力
し、これによりエンジン27の回転数が一定値に保持さ
れる。ステップS25〜S27を実行すると始めに戻
る。
【0031】次に、以上のように構成された実施例の動
作を説明する。車両を走行させるに当たり、燃料レバー
57aがアイドル位置にある状態でブレーキスイッチS
W2をオフし、前後進切換弁をF位置またはR位置に切
換えて走行ペダル6aを操作すると、上述したように油
圧モータ4が駆動されて車両が走行を開始する。このと
き、第2の目標回転数演算部82(図5)の目標回転数
Npの方が第1の目標回転数演算部81の目標回転数N
xより大きくなるので、選択部83は上記目標回転数N
pを目標回転数指令値Nyとして選択し、図5の手順に
従って実際の回転数がこのNyとなるようにガバナレバ
ー位置が制御される。
【0032】したがって、例えば走行ペダル6aをフル
スロットルまで操作した場合には、ガバナレバー位置
(制御回転数)Nθ(図4)は最大位置となり、これに
応じて上述したスピードセンシング基準回転数Nsも最
大値となる。ここで、ガバナレバー27bが最大位置に
なっても実際のエンジン回転数がガバナレバー位置に応
じた値に達するまでにはタイムラグがあり、このタイム
ラグの間は、回転数偏差ΔNは負となるので、関数発生
器101dで演算される補正トルクΔTは負となる。し
かし、関数発生器101d’では、図から分かるように
回転数偏差ΔNが負となっても補正トルクΔTは零で保
持され負にならない。
【0033】そして、このような走行時には、上述した
の条件が全て満足されるので、図3のアンドゲー
ト回路101iが「1」を示す信号を出力し、これによ
り選択部101hは、関数発生器101d’の出力ΔT
を選択する。したがって目標トルク指令値Tpoは所定
値以上で保持され、油圧ポンプ1の傾転角も所定値以下
に低下することはなく、油圧モータ4すなわち車両のス
ムーズな加速性を確保することができる。
【0034】一方、上記の少なくともいずれか1
つが満足されない場合、すなわち非走行時には、アンド
ゲート回路101iが「0」を示す信号を出力するの
で、選択部101hは、関数発生器101dの出力ΔT
を選択する。したがってこの場合には、従来と同様に入
力トルクが減少する方向の制御も行われる。
【0035】以上の実施例の構成において、走行用油圧
モータ4および作業用シリンダ21が油圧アクチュエー
タを、走行ペダル6aおよびパイロット弁6が操作手段
を、走行用制御弁2および作業用制御弁20が制御手段
を、回転数センサ53が検出手段を、トルク制御部10
0が入力トルク制御手段を、第2の制御回路部80が原
動機制御手段をそれぞれ構成する。
【0036】なお以上では、車両走行時に走行用油圧モ
ータ4の加速性を確保する例を示したが、これに限定さ
れず、例えば車両の上部旋回体を旋回させる旋回用油圧
モータに適用してもよい。したがって操作手段も走行ペ
ダルに限定されない。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、入力トルク制御を採用
するものにおいて、油圧アクチュエータを制御する操作
手段により原動機回転数も制御されるときには、入力ト
ルクが増加する方向の制御のみ行うようにしたので、例
えば走行用モータなどの油圧アクチュエータのスムーズ
な加速性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る油圧制御装置の傾転角
制御部の構成を示すブロック図である。
【図2】全体構成を示す図である。
【図3】図2の一部分を拡大して示す図である。
【図4】トルク制御部を構成する目標トルク演算部の詳
細を示すブロック図である。
【図5】回転数制御部の構成を示すブロック図である。
【図6】回転数制御の手順を示すフローチャートであ
る。
【図7】従来の目標トルク演算部の詳細を示すブロック
図である。
【符号の説明】
1:可変容量油圧ポンプ 2:走行用制御弁 4:走行用油圧モータ 6:パイロット弁 6a:走行ペダル 8:前後進切換弁 20:作業用制御弁 21:作業用シリンダ 27:エンジン(原動機) 28:パルスモータ 40:傾転制御装置 50:コントローラ 51:傾転角センサ 52:圧力センサ 53:回転数センサ 54:差圧センサ 55:ポランショメ−タ 56:圧力センサ 57:回転数設定装置 57a:燃料レバー 58:位置センサ 60:第1の制御回路部 61:LS制御部 63:選択部 64:サ−ボ制御部 80:第2の制御回路部 100:トルク制御部 101:目標トルク演算部 SW1:ブレーキスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−195402(JP,A) 特開 平2−279837(JP,A) 特開 昭60−234101(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原動機により駆動される可変容量油圧ポ
    ンプと、この油圧ポンプからの吐出油により駆動される
    油圧アクチュエータと、操作手段の操作に応じて前記油
    圧アクチュエータに導かれる圧油の量を制御する制御手
    段と、前記原動機の回転数を検出する検出手段と、前記
    検出された実際の回転数と制御回転数との偏差に応じて
    前記油圧ポンプの入力トルクを増減する入力トルク制御
    手段と、前記操作手段の操作量に応じて前記原動機の回
    転数を制御する原動機制御手段とを備えた油圧建設機械
    の油圧制御装置において、前記入力トルク制御手段は、
    前記原動機制御手段により原動機回転数が制御されてい
    るときには、前記入力トルクが増加する方向の制御のみ
    行うことを特徴とする油圧建設機械の油圧制御装置。
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