JP3901058B2

JP3901058B2 - 建設機械の油圧シリンダ制御装置

Info

Publication number: JP3901058B2
Application number: JP2002240914A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎藤田
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP2004076904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベルや、油圧ショベルを母体とする掘削機、解体機等の建設機械における油圧シリンダの作動速度を制御する油圧シリンダ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の好適例である油圧ショベルのアーム用油圧シリンダを例にとって従来の技術を説明する。
【０００３】
図６において、１は下部走行体、２はこの下部走行体１上に旋回自在に搭載された上部旋回体で、この上部旋回体２に掘削アタッチメント３が取付けられて油圧ショベルが構成される。
【０００４】
掘削アタッチメント３は、起伏自在なブーム４と、このブーム４の先端に水平軸まわりに回動可能に取付けられたアーム５と、このアーム５の先端に取付けられたバケット６と、ブーム用、アーム用、バケット用の各油圧シリンダ７，８，９とによって構成され、ブーム用油圧シリンダ７によってブーム４の上げ下げ、アーム用油圧シリンダ８によってアーム５の押し（上部旋回体２から離れる方向の動き）、引き（上部旋回体２に近づく方向の動き）、バケット用油圧シリンダ９によってバケット６の回動の各動作が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図示のようにアーム５を垂直よりも前方の位置から矢印方向に引き寄せるアーム引き動作を行う場合、アーム用油圧シリンダ（以下、アームシリンダという）８には、アーム５及びバケット６の重量と積み荷重量を合わせた負荷がシリンダ伸び（アーム引き）方向に作用するため、この負荷の大小によってアーム引き速度が変化する。
【０００６】
一方、近年、油圧ショベルの作業環境の多様化に伴って掘削アタッチメント３が多くのバリエーションを持つようになり、機械出荷時の標準アタッチメントよりも重いものを取付ける場合が多くある。また、掘削アタッチメント３に解体用の特殊アタッチメントを付加する場合もある。
【０００７】
この結果、標準アタッチメントを基準にして操作性のチューニングが施された機械では、標準のレバー操作に対してアーム引き速度が速くなる。
【０００８】
このような事情により、レバー操作に対するアーム引き速度にばらつきが生じ、操作性が悪くなるという問題があった。
【０００９】
なお、これらの点の対策として、負荷に応じた操作性が得られるように、アームシリンダ用コントロールバルブを、得ようとするメータアウト開口特性のものに取り替えるか、同コントロールバルブのメータアウト回路に流量制御弁を付加し、負荷に応じてアーム引き動作時のメータアウト流量を絞って速度を調整することが考えられる。
【００１０】
しかし、前者の方法では負荷が変動するたびにコントロールバルブを最適のものに取り替えなければならないため、実用的でない。また、後者の方法によると、高価な流量制御弁を付加することでコストが高騰するため、得策でない。
【００１１】
一方、油圧ショベルにおいては、一般に、アーム引き動作時のキャビテーション防止等を目的として、アームシリンダのロッド側（シリンダ縮小側）から排出される油をヘッド側（シリンダ伸長側）に戻す再生回路が設けられている。
【００１２】
この再生回路を備えたショベルにおいて、再生回路に再生弁を設け、この再生弁の開度を制御することによりメータアウト流量を制御してシリンダ速度を制御する技術が公知となっている（特開平１０−１８３５８号参照）。
【００１３】
しかし、この公知技術は、レバー操作量の小さい範囲で再生弁の開度を絞ってシリンダ速度を遅くし、ゆっくり起動させてアーム水平引きによる地均し作業等を円滑に行うもので、負荷に応じた操作性を得ることはできない。
【００１４】
そこで本発明は、最小限かつ安価な設備の付加のみによって、負荷の変動に関係なく一定の操作性を確保することができる建設機械の油圧シリンダ制御装置を提供するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、操作手段によって伸縮操作される油圧シリンダからの戻り油の一部を同シリンダの駆動側に再供給する再生回路が設けられるとともに、この再生回路に再生弁が設けられ、かつ、上記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、上記油圧シリンダの負荷圧を検出する負荷圧検出手段と、上記両検出手段によって検出される操作手段の操作量と負荷圧とに応じて下記（Ａ）（Ｂ）の制御を行う制御手段とを具備するものである。
【００１６】
（Ａ）上記操作手段の操作量の増加に応じて上記再生弁の開度を増加させる。
【００１７】
（Ｂ）上記操作手段の操作量に対するシリンダ作動速度の増加率が負荷圧の増加に応じて抑制されるように再生弁開度の対操作量特性を負荷圧に応じて変化させることにより、操作量とシリンダ作動速度の関係を負荷圧の変化に関係なくほぼ一定に保つ。
【００１８】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、油圧ショベルの掘削アタッチメントおけるアームを押し引き駆動するアーム用油圧シリンダの再生回路に再生弁が設けられ、制御手段によりこの再生弁の開度を制御してアーム引き側のシリンダ作動速度を制御するように構成されたものである。
【００１９】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、再生弁として、パイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁が用いられ、制御手段は、上記再生弁のパイロット圧を制御する電磁比例弁と、この電磁比例弁に再生弁の開度を変化させる信号を送るコントローラとを具備するものである。
【００２０】
上記構成によると、操作手段の操作量に対する再生弁の開度変化の特性が負荷圧に応じて変化し、上記操作量とシリンダ速度の関係が負荷圧の変動に関係なくほぼ一定に制御されるため、負荷の影響を受ける動作（請求項２では油圧ショベルにおいて多用されるアーム引き動作）について、シリンダ速度が速くなる大負荷時には、再生弁の開度を絞ってメータアウト流量を減少させることにより、負荷の影響による速度上昇を抑え、一定の操作性を確保することができる。
【００２１】
しかも、元々装備された再生弁を利用してメータアウト流量を制御し、シリンダ速度を制御する構成であるため、追加すべき設備が最小限（請求項３では電磁比例弁と、この電磁比例弁を制御するためのコントローラのソフト等）ですむ。
【００２２】
このため、コントロールバルブを取り替えたり高価な流量制御弁を追加したりする場合と比較して、実用性に富み、コストが安くてすむ。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。
【００２４】
以下の実施形態では、油圧ショベルを適用対象とし、かつ、アーム引き動作の操作性を改善する場合を例にとっている。
【００２５】
図１中、図６と同一部分には同一符号を付して示している。
【００２６】
図１には、アームシリンダ用コントロールバルブ１１と他の油圧アクチュエータ用のコントロールバルブ１２，１３がタンデムに接続され、共通の油圧ポンプ１４によって駆動される回路を例示している。
【００２７】
１５は各コントロールバルブ１１〜１３のブリードオフ流路をつなぐセンターバイパスライン、１６はこのセンターバイパスライン１５を最下流側で開閉するカット弁、Ｔはタンクである。
【００２８】
１７はアームシリンダ用コントロールバルブ１１を制御する操作手段としてのリモコン弁で、このリモコン弁１７の操作によってコントロールバルブ１１が中立位置イと、シリンダ縮小位置ロと、シリンダ伸長位置ハとの間で切換わる。
【００２９】
このアームシリンダ用コントロールバルブ（以下、単にコントロールバルブという）１１のメータアウト流路に再生回路１８が接続され、アーム引き動作時に、アームシリンダ８のロッド側（縮小側）油室８ｂからの戻り油の一部が、この再生回路１８を通ってヘッド側（伸長側油室８ａ）に回されることにより、アーム引き動作が高速で行われ、かつ、キャビテーションが防止されるように構成されている。
【００３０】
また、この再生回路１８には、再生油量を調整する再生弁１９が設けられている。
【００３１】
この再生弁１９は、電磁比例弁２１から供給されるパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁として構成され、パイロット圧が高くなるほどその開口が小さく（絞りが強く）なるように設定されている。
【００３２】
この再生弁１９の開度を大小制御する制御手段として、コントローラ２０と、このコントローラ２０からの電気信号により制御されて再生弁１９のパイロット圧を制御する電磁比例弁２１と、コントローラ２０に再生弁１９の開度を決定する信号を送る負荷圧センサ２２と、リモコン弁１８のアーム引き側パイロット圧Ｐｉ（操作量に対応）を検出してコントローラ２０に送るパイロット圧センサ２３とが設けられている。
【００３３】
負荷圧センサ２２は、アームシリンダ８の縮み側油室８ｂの圧力、すなわち、アーム５及びバケット６の重量と荷重を合わせた負荷によって作用する圧力（負荷圧）を検出し、コントローラ２０において、この検出された負荷圧に応じてリモコン弁操作量に対する再生弁開度の特性が決定され、この決定された特性による再生弁開度を得るべくコントローラ２０から電磁比例弁２１に指令信号（電流）が出力される。
【００３４】
この点の作用を図２によって説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１で、パイロット圧センサ２３から取り込まれたアーム引き側パイロット圧Ｐｉが予め設定された基準圧力（たとえば０．５ＭＰａ）と比較され、基準圧力よりも小さい場合は、リモコン弁１７のアーム引き操作量が小さくてシリンダ速度が遅く、制御の必要がないため、そのまま制御が終了する。
【００３６】
一方、アーム引き側パイロット圧Ｐｉが基準圧力よりも大きい場合は、制御の必要ありとしてステップＳ２に進み、ここで、負荷圧センサ２２から取り込まれた負荷圧に基づいて、予め設定された負荷圧／指令電流値の特性から指令電流の最大値Ｉａと最小値Ｉｂが決定される。
【００３７】
次に、ステップＳ３では、決定された電流最大値Ｉａ及び最小値Ｉｂをもとに、アーム引き側パイロット圧Ｐｉ（操作量）に応じて指令電流値を両値Ｉａ，Ｉｂ間で変化させる制御マップを作成し、ステップＳ４で、この制御マップに基づく電流を電磁比例弁２１に送る。
【００３８】
これにより、再生弁１９の開口面積、及びこれとコントロールバルブ１１のメータアウト開口を合わせた合成開口（総メータアウト開口）が上記制御マップに基づき、アーム引きパイロット圧Ｐｉに応じて自動的に制御される。
【００３９】
図３，４の破線はこのような制御を行わない場合の再生弁及び合成開口特性、実線、一点鎖線及び二点鎖線は制御を行った場合の再生弁及び合成開口特性３例をそれぞれ示す。
【００４０】
この制御により、アーム引き動作時に、リモコン弁１７の操作量（アーム引きパイロット圧Ｐｉ）と再生弁開度の関係が負荷圧に応じて変化する。
【００４１】
すなわち、アームシリンダ８の縮み側油室８ｂから出て伸び側油室８ａに回される再生油量（メータアウト流量）が負荷の増加に応じて抑制され、この結果、図５の破線で示す無制御時と比較して、アーム引きパイロット圧Ｐｉの増加に対するアーム引き動作速度の増加率が抑えられる。
【００４２】
こうして、負荷の変動に関係なく、リモコン弁操作量に対するアーム引き動作の速度がほぼ一定に保たれ、良好な操作性を確保することができる。
【００４３】
しかも、この装置によると、アームシリンダ回路に元々装備された再生弁１９を利用し、負荷に応じてこの再生弁１９の開度を制御する構成であるため、付加すべき設備は、安価な電磁比例弁２１と、負荷圧センサ２２と、電磁比例弁２１を負荷圧に応じて制御するコントローラ２０の制御ソフトのみでよい。また、コントロールバルブ１９は、開口特性を変えることなくそのまま使用することができる。
【００４４】
このため、新たに高価なメータアウト制御弁を追加する場合と比較してコストが安くてすむとともに、コントロールバルブ１９を負荷に応じて異なる開口特性のものに取り替える煩わしさもない。
【００４５】
ところで、上記実施形態では油圧ショベルのアーム引き動作を制御対象として説明したが、本発明はこれに限らず、とくに負荷が作用する方向の動作全般について適用することができ、たとえば油圧ショベルのブーム下げ動作にも適用することができる。
【００４６】
また、本発明は油圧ショベルに限らず、油圧ショベルを母体として構成される掘削機や解体機等にも適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、操作手段の操作量に対する再生弁の開度変化の特性が負荷圧に応じて変化し、上記操作量とシリンダ速度の関係が負荷圧の変動に関係なくほぼ一定に制御されるため、負荷の影響を受ける動作について、シリンダ速度が速くなる大負荷時には、再生弁の開度を絞ってメータアウト流量を減少させることにより、負荷の影響による速度上昇を抑え、一定の操作性を確保することができる。
【００４８】
とくに請求項２の発明によると、油圧ショベルにおいて多用されるアーム引き動作について一定の操作性を確保できるため、実用上の効果が高いものとなる。
【００４９】
しかも、元々装備された再生弁を利用してメータアウト流量を制御し、シリンダ速度を制御する構成であるため、追加すべき設備が最小限（請求項３では電磁比例弁と、この電磁比例弁を制御するためのコントローラのソフト等）ですむ。
【００５０】
このため、コントロールバルブを取り替えたり高価な流量制御弁を追加したりする場合と比較して、実用性に富み、コストが安くてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるシリンダ制御装置の構成図である。
【図２】同実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図３】同実施形態による再生弁開口の制御例を示す図である。
【図４】同実施形態によるメータアウト合成開口の制御例を示す図である。
【図５】同実施形態によるアーム引き速度の制御例を示す図である。
【図６】本発明の適用対象となる油圧ショベルの全体側面図である。
【符号の説明】
８アームシリンダ（油圧シリンダ）
１８再生回路
１９再生弁
２０制御手段を構成するコントローラ
２１同電磁比例弁
２２同負荷圧センサ（指令手段）

Claims

操作手段によって伸縮操作される油圧シリンダからの戻り油の一部を同シリンダの駆動側に再供給する再生回路が設けられるとともに、この再生回路に再生弁が設けられ、かつ、上記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、上記油圧シリンダの負荷圧を検出する負荷圧検出手段と、上記両検出手段によって検出される操作手段の操作量と負荷圧とに応じて下記（Ａ）（Ｂ）の制御を行う制御手段とを具備することを特徴とする建設機械の油圧シリンダ制御装置。
（Ａ）上記操作手段の操作量の増加に応じて上記再生弁の開度を増加させる。
（Ｂ）上記操作手段の操作量に対するシリンダ作動速度の増加率が負荷圧の増加に応じて抑制されるように再生弁開度の対操作量特性を負荷圧に応じて変化させることにより、操作量とシリンダ作動速度の関係を負荷圧の変化に関係なくほぼ一定に保つ。
油圧ショベルの掘削アタッチメントおけるアームを押し引き駆動するアーム用油圧シリンダの再生回路に再生弁が設けられ、制御手段によりこの再生弁の開度を制御してアーム引き側のシリンダ作動速度を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。
再生弁として、パイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁が用いられ、制御手段は、上記再生弁のパイロット圧を制御する電磁比例弁と、この電磁比例弁に再生弁の開度を変化させる信号を送るコントローラとを具備することを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。