JP2715180B2 - 油圧駆動機械の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧駆動機械の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の油圧駆動機械において暖機運転を行おうとする
場合には、オペレータは作業機を駆動する油圧アクチュ
エータを所定の方法によって固定しつつ、操作レバーを
ストローク一杯に作動したまま保持する操作を行う。こ
れにより油圧アクチュエータに供給される作動油の圧力
損失を生じて、作動油温度が上昇する。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述するように従来は暖機運転を行う場合に作業に適
した作動油温度になるまでオペレータが操作レバーをス
トロークエンドで保持し続けるという操作をする必要が
あったため、オペレータに著しい負担を課し、疲労を招
いていた。

しかも、上述したように油圧アクチュエータを所定の
方法によって固定した場合には、暖気運転が終了するま
では、油圧アクチュエータを作動させて本来の掘削作業
等を行うことができなかった。このため、作業効率が著
しく損なわれることになっていた。

そこで本発明では、オペレータを著しい負担を課すこ
となく、しかも作業効率を損なうことなく、油圧駆動機
械の暖機運転を行うことができる装置を抵抗することを
その目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

そこでこの発明では、エンジンによって駆動される油
圧ポンプと、該油圧ポンプと操作レバーによって操作さ
れる操作弁と油圧アクチュエータとを連通する第１の圧
油供給路とを有し、前記操作レバーの操作量に応じて前
記油圧ポンプから吐出される圧油を前記油圧アクチュエ
ータに供給して、該油圧アクチュエータを駆動するよう
にした油圧駆動機械において、 前記油圧ポンプと前記操作弁とドレインタンクとを連
通する第２の圧油供給路と、 前記第２の圧油供給路に配設され、該第２の圧油供給
路の断面積を可変する可変オリフィスと、前記油圧アク
チュエータに供給される圧油の温度を検出する温度検出
手段と、 前記操作弁が中立状態のときであって、かつ前記温度
検出手段で検出された圧油の温度が所定温度よりも小さ
い場合に、該圧油の温度が所定温度以上になるように前
記第２の圧油供給路の断面積を小さくする制御を行う可
変オリフィス制御手段と を具えるようにしている。

〔作用〕

かかる第１発明の構成によれば、油圧アクチュエータ
に供給される圧油の温度が所定温度よりも小さく暖機運
転が十分になされていない場合に油圧ポンプと操作弁と
ドレインタンスとを連通する第２の油圧供給路の断面積
が小さくなるように可変オリフィスが制御される。この
結果、可変オリフィスにおいて圧力損失が生じて油温が
上昇して、やがて所定温度に達する。以上のように自動
的に暖気運転がなされるのでオペレータにかかる負担が
軽減される。

しかも、操作弁が中立状態のときのみ可変オリフィス
の制御がなされ、操作弁が中立状態以外のときは、油圧
アクチュエータを作動させて本来の掘削作業等を行うこ
とができるので、掘削作業等と並行に暖気運転がなされ
る。このため、作業効率が飛躍的に向上する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明に係る油圧駆動機械の制
御装置に実施例について説明する。

第１図は、油圧駆動機械、たとえばパワーショベルに
適用した実施例装置の構成を示す。

同図に示す作業機油圧回路は以下のように構成されて
いる。すなわち可変容量型油圧ポンプ１はエンジン２に
よって駆動され、斜板駆動用サーボバルブ３によってそ
の斜板1aの傾転角を変化させることにより１回転当りの
吐出流量が変化される。なお、油圧ポンプ１の吐出側の
管路の圧力およびジェットセンサオリフィス６の圧力が
パイロット圧として斜板駆動用サーボバルブ３に加えら
れる。バルブ３はこれらのうち小さい方を選択して斜板
1aを傾転させる。

ポンプ１の吐出圧油は、油圧ポンプ１と操作弁４と油
圧シリンダ８のシリンダ室とドレインタンク７とを連通
する第１の圧油供給路T1を通過するとともに、油圧ポン
プ１と操作弁４と可変オリフィス５とジェットセンサオ
リフィス６とドレインタンク７とを連通する第２の圧油
供給路T2を通過する。

電気操作レバー９は操作弁４を切り換える操作レバー
であり、レバー９の操作ストローク量はレバーストロー
ク量検出センサ9aで検出され、検出信号は油圧装置コン
トローラ10に加えられる。操作弁用ソレノイド11は油圧
装置コントローラ10から加えられる信号に応じて付勢さ
れて操作弁４のスプールを駆動する。可変オリフィス５
は第２の圧油供給路T2の管路断面積を可変する可変型の
オリフィスであり、同断面積はソレノイド5aに加えられ
る信号に応じて変化される。

作動油温度センサ12は圧油管路の適宜箇所に配設さ
れ、油圧シリンダ８に供給される圧油の温度を検出する
温度センサであり、同センサ12の温度検出信号は油圧装
置コントローラ10に加えられる。

エンジン２には燃料噴射ポンプ13とガバナ14が併設さ
れている。ガバナ14の燃料コントロールレバー14aはス
テッピングモータ15で駆動され、該レバー14aの駆動位
置はポテンショメータ16で検出される。スロットダイヤ
ル17はエンジンの目標回転数を設定するダイヤルであ
り、同ダイヤル17で設定されたスロットル信号は油圧装
置コントローラ10に加えられる。回転センサ18はエンジ
ン２の出力軸の回転数を検出するセンサであり、同セン
サ18の検出回転信号は油圧装置コントローラ10およびガ
バナコントローラ19に加えられる。

ガバナコントローラ19は回転センサ18で検出されたエ
ンジン回転数、油圧装置コントローラ10から加えられる
スロットダイヤル17の設定スロットル信号、つまりエン
ジン２の目標回転数と、ポテンショメータ16で検出され
るガバナ14の駆動位置とに基づきエンジン２の出力トル
クが所定のレギュレーションラインに沿って移動するよ
うにガバナ14の駆動位置を制御する。なお、こうしたガ
バナを制御する技術は公知であり、本願の趣旨とは直接
関係ないので、これ以上の詳細な説明は避けることとす
る。

油圧ポンプ吐出油圧センサ20は油圧ポンプ１の吐出側
の管路に設けられ、油圧ポンプ１の吐出圧油の圧力を検
出する圧力センサであり、同センサ20の検出信号は油圧
装置コントローラ10に加えられる。さらにモード切換ス
イッチ21は後述するように作業モードを選択するスイッ
チであり、選択された作業モードを示す信号は油圧装置
コントローラ10に加えられる。

以下、油圧装置コントローラ10では以下の第１〜第３
の制御が実行される。

１）第１の制御（暖機運転制御） この第１の制御は第１図に示す油圧シリンダ８に供給
される圧油の温度を、作業をするに適切な温度に自動的
かつ迅速に移行させるための制御である。

第１の制御のフローチャートを第２図と第３図に示
す。

第２図に示すように、まず、作業油温温度センサ12の
検出信号ｔが取り込まれて（ステップ101）、検出温度
ｔが所定温度Tset以上であるか否かが判断される。ここ
で所定温度Tsetは油圧駆動機械の作業に適した圧油の温
度として設定されているものとする（ステップ102）。
ステップ102の判断結果がNOの場合、つまり油圧シリン
ダ８に供給される圧油の温度ｔが所定温度Tsetよりも小
さいと判断された場合には可変オリフィス５のソレノイ
ド5aに対して第２の圧油供給路T2の断面積を最小にする
ための信号を出力する。この結果、可変オリフィス５の
絞り部の開度は最小となり、第２の圧油供給路T2は最小
の断面積となる。ここで第２の圧油供給路T2の断面積が
小さくなるにつれて可変オリフィス５の前後の圧力差が
大きくなり、このため発熱量が大きくなり、圧油の温度
が上昇する。したがって可変オリフィス５の絞り部の開
度を最小に絞ることによって油温ｔが閾値Tset以上に迅
速に上昇する（ステップ104）。一方、ステップ102の判
断結果がYESの場合には油温ｔが既に暖機温度に達して
いるので、これ以上、油温ｔを上昇させる必要がなく、
むしろ発熱によるエネルギーロスが大となる。そこでエ
ネルギーロスを減少させるべく第２の圧油供給路T2の断
面積を最大にするための信号を可変オリフィス５のソレ
ノイド5aに対して出力する。この結果、可変オリフィス
５の絞り部の開度は最大に開放され、第２の圧油供給路
T2は最大の断面積となる（ステップ103）。

以上のステップ101から104の処理は油圧駆動機械が作
業を行う前に行うようにすればよい。ここで油圧駆動機
械が作業開始前の状態にあることを自動的に検出して作
動油温を上昇させる実施も第３図のような手順で実施可
能である。すなわち、第３図のステップ201、203、204
および205では第２図のステップ101、102、103および10
4と同じ処理が実行されるとともに、ステップ203の手前
で操作レバー９が中立位置（ニュートラル）にセットさ
れているか否か、つまり油圧駆動機械が作業を行ってい
ない作業開始前であるか否かが判断される。この判断処
理は油圧装置コントローラ10に入力されるセンサ9aの検
出信号に基づき行われる（ステップ202）。ステップ202
で操作レバー９が中立位置にセットされており、作業を
行っていない作業開始前であると判断された場合のみ、
つぎのステップ203に移行され、このステップ203におい
て作動油温度ｔが所定温度Tsetよりも小さい場合のみ油
温を上昇させる暖機運転処理が行われることになる（ス
テップ203〜205）。

ここで、ステップ202の判断処理は操作レバー９が中
立位置にセットされているか否かを判断する処理である
ため、操作レバー９が中立位置にあるときは作業開始前
のみならず、油圧駆動機械が作業を休止しているときも
含まれるから、作業を休止している場合も同様に作動油
温ｔが所定温度Tsetに達していないとき可変オリフィス
５の絞り部の開口断面積を最小にして、作動油温を所定
温度Tset以上まで上昇させる処理が行われることにな
る。

このため、掘削作業等と並行して暖気運転を行うこと
ができるようになり、作業効率が飛躍的に向上すること
となる。

以上が第１の制御の内容である。

２）第２の制御（デットストローク制御） この第２の制御は油圧シリンダ８が作動しない操作レ
バー９のストローク量の範囲をエンジン２の回転数に関
係なく一定の範囲にして、操作レバー９の操作感覚を向
上させるための制御である。第８図に可変オリフィス５
が存在しない従来の作業機油圧回路における操作レバー
のストローク量と操作弁の等価開口面積との関係を、ま
た第９図に同従来技術における操作レバーのストローク
量と油圧シリンダの動作速度との関係を示す。ここで操
作弁の各切換位置に存在するオリフィスの等価開口面積
は操作レバーのストローク量に応じて第８図のＬ′１、
Ｌ′２に示すごとく変化する。すなわち、油圧ポンプと
ドレインタンクとを連通する第２の圧油供給路の等価開
口面積は操作レバーのストローク量の大きさに応じて
Ｌ′１のごとく変化する。この特性Ｌ′１は操作弁の種
類によって一義的に定まることになる。同様に油圧ポン
プと油圧シリンダとを連通する第１の圧油供給路の等価
開口面積も操作レバーのストローク量に応じてＬ′２に
示すごとく変化することになる。ここで第９図に示すよ
うに操作レバーのストローク量が小さいうちは油圧シリ
ンダが動作しない（シリンダのロッドの速度が零にな
る）デッドストローク範囲というものが存在する。この
デットストローク範囲は第２の圧油供給路の等価開口面
積によって決定される。すなわち、第２の圧油供給路の
等価開口面積が小さいほどデッドストローク範囲は小さ
くなる。一方、エンジンの回転数が低いほど油圧ポンプ
の吐出油の圧力が小さくなり、操作レバーのデッドスト
ローク範囲が大きくなってしまう。また、エンジンの回
転数の大きさによってデッドストローク範囲が異なる。
第９図のＬ′３はエンジンの回転数が高い場合の操作レ
バーと油圧シリンダの動作速度との関係を示し、Ｌ′４
はエンジンの回転数が低い場合の操作レバーと油圧シリ
ンダの動作速度との関係を示している。これより明らか
にエンジン回転数が低くなるにつれてデッドストローク
範囲が大きくなり、レバー操作感覚が異なってしまうこ
とになることがわかる。そこでこの第２の制御では、可
変オリフィス５の絞り部の開口面積をエンジン回転数が
低くなるにしたがって小さくすることにより、エンジン
回転数が低くなるにつれてデッドストローク範囲が大き
くなることをキャンセルしてデッドストローク範囲をエ
ンジンの回転数に関わりなく常に一定にするようにして
いる。

第４図は実施例における操作レバー９のストローク量
と可変オリフィスの等価開口面積との関係を、第５図は
操作レバー９のストローク量と油圧シリンダ８の動作速
度との関係を示す。ここで可変オリフィスの等価開口面
積は操作弁４のオリフィスと可変オリフィス５とを合成
した開口面積を意味する。

油圧装置コントローラ10では操作レバー９と等価開口
面積との関係が第４図の破線に示すようにエンジン回転
数の低下につれて等価開口面積が小さくなるような特性
ラインl1、ｌ′１…として設定される。そこで油圧装置
コントローラ10は回転センサ18の出力とセンサ9aの出力
とに基づき現在のエンジン２の回転数に応じたラインを
ラインl1、ｌ′１…の中から選び出し、この選択したラ
イン上において操作レバー９の操作ストローク量に対応
する等価開口面積が得られるようにソレノイド5aに付勢
信号を出力して可変オリフィス５の絞り部の開度を制御
する。この結果第５図に示すようにデッドストローク範
囲はエンジン２の回転数の高（ラインL3）、低（ライン
L4）に関係なく一定となる。したがって、エンジン回転
数が変化したとしても操作レバー９において常に一定の
操作感覚が得られ、これにより安定した作業を行うこと
ができるようになる。

以上が第２の制御の内容である。

（３）第３の制御（作業モード切換制御） この第３の制御は圧油がタンク７にドレインされるこ
とによるエネルギーロスを作業状態に応じて低減する制
御である。

前述するように可変オリフィス５が存在しない従来の
作業機油圧回路における操作弁の各切換位置におけるオ
リフィスの等価開口面積は操作弁の種類に応じて一義的
に決まっていた（第８図のＬ′１参照）。第８図のライ
ンＬ′１の設定の仕方はエネルギーロス低減の点からレ
バーストローク途中では負荷圧が増大した場合には油圧
ポンプの吐出油が全量、第２の圧油供給路を通りドレイ
ンされて、油圧シリンダの作動が停止することもやむを
えない設定となっていた。

ところで、ある作動種類では油圧シリンダに大きい負
荷がかかる場合に、負荷圧力とバランスさせて油圧シリ
ンダの作動を停止させるため、油圧ポンプの吐出油を全
量ドレインさせるよう作業機の駆動力を制御することが
望ましく、またある作業種類では、油圧シリンダに大き
い負荷がかかる場合でも微操作性向上の点から油圧ポン
プの吐出油を全量ドレインさせず一部ドレインさせるこ
とによって油圧シリンダが必ず動くように作業機の駆動
力を制御することが望ましい。

そこでこの実施例では油圧駆動機械が行う作業種類を
油圧ポンプ１の吐出油を全量ドレインすることが望まし
い作業モード１と油圧ポンプ１の吐出油の一部をドレイ
ンすることが望ましい作業モード２とに分類し、各作業
モードに応じて可変オリフィス５の絞り部の開度を異な
らせることによって油圧ポンプ１の吐出油を全量ドレイ
ンしたり、一部ドレインしたりしている。

第６図は実施例における操作レバーのストローク量と
可変オリフィスの等価開口面積との関係を示す。ここで
可変オリフィスの等価開口面積は操作弁４のオリフィス
と可変オリフィス５とを合成した開口面積を意味する。

モード切換スイッチ21では同スイッチ21をオン、オフ
切り換えることによってそれぞれ作業モード１、作業モ
ード２が選択される。第６図においては作業モード１、
作業モード２に応じてラインL5、L6が設定されている。
ここで、ラインL5は可変オリフィス５の絞り部の開度を
最大にした特性であり、ラインL6は可変オリフィス５の
絞り部の開度を所定量だけ絞った特性である。そこで油
圧装置コントローラ10はモード切換スイッチ21の出力と
操作レバー９の出力とに基づき選択された作業モードに
応じたラインをラインL5、L6の中から選び出し、この選
択したライン上において操作レバー９の操作ストローク
量に対応する等価開口面積が得られるようにソレノイド
5aに付勢信号を出力して可変オリフィス５の絞り部の開
度を制御する。この結果、作業モード１が選択された場
合には、油圧ポンプ１の吐出油を全量ドレインすること
ができ、作業モード２が選択された場合には、油圧ポン
プ１の吐出油を一部だけドレインすることができ、エネ
ルギーロスが増大することを回避することができる。

また、第７図に示すように可変オリフィス５の絞り部
の開度を操作レバー９のストローク量に関わりなく一定
にして作業モード１および作業モード２の特性L8、L9を
設定するようにしてもよい。

以上が第３の制御の内容である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によればオペレータに負担
を課すことなく暖機運転を自動的かつ迅速に行える。し
かも、操作弁が中立状態のときのみ暖気運転を行うよう
にし、操作弁が中立状態以外のときは、油圧アクチュエ
ータを作動させて本来の掘削作業等を行うことができる
ようにしたので、掘削作業等と並行に暖気運転がなさ
れ、作業効率が飛躍的に向上するという顕著な効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る油圧駆動機械の制御装置の実施例
装置の構成を概念的に示す図、第２図および第３図は第
１図に示す油圧装置コントローラで行われる処理手順を
例示したフローチャート、第４図、第６図および第７図
は第１図に示す油圧装置コントローラで設定される操作
レバーのストローク量とオリフィスの等価開口面積との
関係を示すグラフ、第５図は第４図に示す関係にしたが
ってオリフィスの等価開口面積が変化した場合における
操作レバーのストローク量と油圧シリンダの動作速度の
関係を示すグラフ、第８図は従来技術における操作レバ
ーのストローク量と操作弁の等価開口面積の関係を示す
グラフ、第９図は第８図に示す関係にしたがって操作弁
のオリフィスの等価開口面積が変化した場合における操
作レバーのストローク量と油圧シリンダの動作速度の関
係を示すグラフである。 １……油圧ポンプ、２……エンジン、４……操作弁、５
……可変オリフィス、７……ドレインタンク、８……油
圧シリンダ、９……電気操作レバー、9a……操作ストロ
ーク量検出センサ、10……油圧装置コントローラ、11…
…操作弁用ソレノイド、12……作動油温センサ、18……
回転センサ、20……油圧ポンプ吐出油圧センサ、21……
モード切換スイッチ、T1……第１の圧油供給路、T2……
第２の圧油供給路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンによって駆動される油圧ポンプ
   と、該油圧ポンプと操作レバーによって操作される操作
   弁と油圧アクチュエータとを連通する第１の圧油供給路
   とを有し、前記操作レバーの操作量に応じて前記油圧ポ
   ンプから吐出される圧油を前記油圧アクチュエータに供
   給して、該油圧アクチュエータを駆動するようにした油
   圧駆動機械において、 前記油圧ポンプと前記操作弁とドレインタンクとを連通
   する第２の圧油供給路と、 前記第２の圧油供給路に配設され、該第２の圧油供給路
   の断面積を可変する可変オリフィスと、 前記油圧アクチュエータに供給される圧油の温度を検出
   する温度検出手段と、 前記操作弁が中立状態のときであって、かつ前記温度検
   出手段で検出された圧油の温度が所定温度よりも小さい
   場合に、該圧油の温度が所定温度以上になるように前記
   第２の圧油供給路の断面積を小さくする制御を行う可変
   オリフィス制御手段と を具えたことを特徴とする油圧駆動機械の制御装置。