JPH0776858A - 作業機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】操作レバーの操作量に呼応したアクチュエータ
の作動速度を迅速に得ることができると共に、アクチュ
エータの作動速度を変化させる場合の加減速度を操作レ
バーの操作を通じて制御することができ、さらにはアク
チュエータの駆動力を操作レバーの操作を通じて制御す
ることができる作業機械の油圧制御装置を提供する。 【構成】操作レバー１２の操作量Ｒに応じて上部旋回体
２の目標旋回速度Ｎｒを設定すると共に、目標作動速度
Ｎｒと上部旋回体２の実際の旋回速度Ｎとの偏差（Ｎｒ
−Ｎ）を基に、比例積分制御により、偏差を解消する向
きで上部旋回体２の駆動源である油圧ポンプ１の圧油の
入出ポート１ａ，１ｂ間の差圧を設定し、その設定差圧
となるように圧力制御装置１５により、油圧ポンプ１の
差圧（Ｐａ−Ｐｂ）を制御する。差圧の設定値は、比例
積分の演算値が大きい程、大きな値となるように設定す
る。Ｎ≒０のときには比例積分演算の積分項を固定値と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベル等の建
設、土木作業用の作業機械の油圧制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば油圧ショベルにおいては、アーム
やブーム、バケットを駆動するための油圧シリンダや、
旋回用油圧モータ等のアクチュータと、これらのアクチ
ュエータを駆動・操作するための操作レバーとを備え、
操作レバーの操作に応じてアクチュエータに油圧ポンプ
から圧油を供給して該アクチュエータを駆動せしめるよ
うにしている。

【０００３】そして、この種の作業機械においては、通
常、操作レバーの操作量に応じた流量をアクチュエータ
に供給して、操作レバーの操作量に応じたアクチュエー
タの作動速度を得るために、所謂、ロードセンシングシ
ステムを採用したものが知られている。

【０００４】このロードセンシングシステムは、基本的
には、油圧ポンプとアクチュエータとの間に該アクチュ
エータの作動方向を切換えるべく設けた方向切換弁のス
プールを、前記操作レバーの操作量に比例した開口面積
が得られるように変位せしめると共に、該方向切換弁の
圧油の流入側（油圧ポンプ側）及び流出側（アクチュエ
ータ側）の間の差圧をあらかじめ定めた設定値に維持す
るための圧力補償付流量制御弁を備え、方向切換弁の流
入側及び流出側間の差圧を一定に維持することにより、
アクチュエータに流入する圧油の流量を方向切換弁の開
口面積、換言すれば操作レバーの操作量に比例させ、こ
れによりアクチュエータの負荷変動があっても、アクチ
ュエータへの圧油の流量を操作レバーの操作量に応じた
流量に確保するようにしたものである。

【０００５】ところで、この種の作業機械の作業者にと
って、適切な作業を行う上で、操作レバーの中立位置か
らの操作量（操作位置）に呼応したアクチュエータの作
動速度が得られることはもちろん、操作レバーをある操
作位置から他の操作位置に操作した時の操作速度に呼応
してアクチュエータの作動速度が変化し、操作レバーの
操作速度に呼応したアクチュエータの加減速度が得られ
ることが好ましい。また、例えば油圧ショベルにおい
て、バケットを作業物に押しつけつつ作業を行う場合に
は、操作レバーの操作量に呼応した押しつけ力が得られ
ることが好ましい。

【０００６】しかしながら、従来のロードセンシングシ
ステムにおいては、例えばアクチュエータの作動速度を
増速すべく、操作レバーの操作量を増加させた場合に
は、最終的には、その増加後の操作量に対応するアクチ
ュエータの作動速度が得られるものの、この時のアクチ
ュエータの加速度は操作レバーの操作速度に呼応しない
場合が多々ある。すなわち、油圧ショベル等の作業機械
は一般に、そのアクチュエータの負荷が大きいために慣
性力が大きく、アクチュエータの作動速度を増速すべ
く、操作レバーの操作量を増加させ、これによりアクチ
ュエータへの流量を増加させても、すぐには該アクチュ
エータの作動速度は上昇しない。このため、アクチュエ
ータに流入する圧油の圧力はオーバロードリリーフ弁等
により設定された最大圧力まで急激に増加し、その最大
圧力によってアクチュエータが加速してしまう。そし
て、このような不都合は、操作レバーの操作量を一定と
して作業を行っている際にも、アクチュエータの負荷圧
が変動した場合にも同様に生じる不都合である。

【０００７】また、従来のロードセンシングシステムに
おいては、押しつけ作業を行うと、操作レバーの操作量
にかかわらず、アクチュエータが動けないためにアクチ
ュエータに流入する圧油の圧力が前記最大圧力まで上昇
し、従って、その最大圧力に対応した押しつけ力でアク
チュエータが駆動されることとなって、操作レバーによ
る押しつけ力の制御を行うことはできるものではなかっ
た。

【０００８】尚、例えば特開平３−１５７５０１号公報
に開示されているように、ロードセンシングシステムを
基礎として、アクチュエータへの圧油の流入圧を制御す
るためのリリーフ弁を設け、該リリーフ弁の設定圧を操
作レバーの操作量（操作位置）に応じて設定するように
したものも知られているが、このものは、操作レバーの
操作位置に応じてアクチュエータに流入する圧油の圧力
が定まるようになっているため、換言すれば、操作レバ
ーの操作位置に応じてアクチュエータの加減速度が定ま
っているため、操作レバーをある位置から他の位置に操
作した場合のアクチュエータの加減速度は、操作レバー
の最終的な操作位置で決まってしまう。従って、アクチ
ュエータの作動速度を変化させるべく作業者が操作レバ
ーを操作した場合の加減速度を作業者が制御できるもの
ではなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる背景に
鑑み、操作レバーの操作量に呼応したアクチュエータの
作動速度を迅速に得ることができると共に、アクチュエ
ータの作動速度を変化させる場合の加減速度を操作レバ
ーの操作を通じて制御することができ、さらには押しつ
け作業等を行う場合にアクチュエータの駆動力を操作レ
バーの操作を通じて制御することができる作業機械の油
圧制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる目的を達
成するために、操作レバーの操作に応じて油圧ポンプか
らアクチュエータに圧油を供給して該アクチュエータを
駆動せしめる作業機械の油圧制御装置において、前記ア
クチュエータの作動速度を検出する速度検出手段と、前
記操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、該
操作量検出手段により検出された前記操作レバーの操作
量に応じて前記アクチュエータの目標作動速度を設定す
る目標速度設定手段と、該目標速度設定手段により設定
された目標作動速度と前記速度検出手段により検出され
た前記アクチュエータの作動速度との偏差に応じて前記
アクチュエータの圧油の流入口及び流出口間の差圧を前
記偏差を解消する向きで設定する差圧設定手段と、該差
圧設定手段により設定された差圧を得るべく前記アクチ
ュエータの圧油の流入口及び流出口の圧力を制御する圧
力制御手段とを備え、前記差圧設定手段は、前記目標作
動速度と前記アクチュエータの作動速度との偏差にあら
かじめ定めた比例ゲインを乗算してなる比例項と該偏差
をあらかじめ定めた積分時間内で積分してなる積分項と
の総和を求める比例積分演算手段を有し、該演算手段に
より求められた演算値が大きい程、前記差圧を大きな値
に設定することを特徴とする。

【００１１】さらに、前記比例積分演算手段は、前記速
度検出手段により検出された前記アクチュエータの作動
速度が略零である低速度であるときに、前記積分項をあ
らかじめ定めた固定値として前記比例項との総和を求め
ることを特徴とする。

【００１２】また、前記目標速度設定手段は、前記操作
レバーの操作量が大きい程、該操作レバーの操作量に対
する前記目標作動速度の増加率が大きくなるように該目
標作動速度を設定することを特徴とする。

【００１３】また、前記速度検出手段により検出された
前記アクチュエータの作動速度が略零であって且つ前記
操作量検出手段により検出された前記操作レバーの操作
量が略零であるときに前記アクチュエータの圧油の流入
経路及び流出経路を閉塞する閉塞手段を備えたことを特
徴とする。

【００１４】

【作用】本発明によれば、前記差圧設定手段は、前記操
作レバーの操作量に応じて前記目標速度設定手段により
設定された前記アクチュエータの目標作動速度と前記速
度検出手段に検出された前記アクチュエータの実際の作
動速度との偏差を解消するように、換言すれば、アクチ
ュエータの実際の作動速度が操作レバーの操作量に応じ
た目標作動速度に一致するように、前記アクチュエータ
の圧油の流入口及び流出口間の差圧を設定し、このと
き、その設定差圧を得るべく前記圧力制御手段が前記ア
クチュエータの圧油の流入口及び流出口間の実際の差圧
を制御し、すなわち、該差圧により定まるアクチュエー
タの加減速度を制御する。具体的には、例えば、アクチ
ュエータの実際の作動速度が目標作動速度よりも小さい
場合には、アクチュエータの圧油の流入口の圧力を流出
口の圧力よりも高くして、アクチュエータの作動速度を
増速せしめ、また、アクチュエータの実際の作動速度が
目標作動速度よりも大きい場合には、アクチュエータの
圧油の流入口の圧力を流出口の圧力よりも低くして、ア
クチュエータの作動速度を減速せしめる。そして、この
とき、前記差圧設定手段は、前記比例積分演算手段によ
り求められる前記比例項及び積分項の総和の大きさに対
応して前記差圧を設定するので、所謂比例積分制御によ
り、前記アクチュエータの実際の作動速度は前記操作レ
バーの操作量に応じた目標作動速度に迅速に収束する。
従って、操作レバーの操作量に応じた作動速度が迅速に
得られる。また、操作レバーの任意の操作量から該操作
量を変化させた場合において、その変化量が大きい程、
前記目標作動速度も大きく変化するため、前記偏差が大
きなものとなり、このため、前記差圧の設定値も大きな
ものとなって、操作レバーの操作速度に対応したアクチ
ュエータの加減速度が得られる。

【００１５】かかる制御において、前記アクチュエータ
により押しつけ作業を行う場合には、前記アクチュエー
タの作動速度は強制的に略零に維持されるので、該アク
チュエータの作動速度を前記操作レバーの操作量に応じ
た目標作動速度に一致させることはできず、このため、
前記積分項は継続的に増大し、従って、前記積分項と前
記比例項との総和も増大して、前記アクチュエータの差
圧も増大する。このため、該アクチュエータによる押し
つけ力は操作レバーの操作量にかかわらず、増大してし
まう。そこで、前記速度検出手段により検出された前記
アクチュエータの作動速度が略零である低速度であると
きには、前記積分項をあらかじめ定めた固定値として前
記比例項との総和を求める。このようにすることによ
り、前記差圧の設定値、すなわち、アクチュエータの押
しつけ力は、前記偏差（押しつけ作業の場合、アクチュ
ータの作動速度は略零なので、該偏差は前記目標作動速
度に略一致する）の大きさに応じたものとなり、これに
より、操作レバーの操作量に応じたアクチュエータの押
しつけ力が得られる。

【００１６】また、前記目標速度設定手段が、前記操作
レバーの操作量が大きい程、該操作レバーの操作量に対
する前記目標作動速度の増加率が大きくなるように該目
標作動速度を設定する場合には、操作レバーの操作量が
小さい程、該操作量の変化に対する目標作動速度の変化
が小さなものとなって、アクチュエータの微速操作を行
うことが可能となる。

【００１７】また、前記の比例積分制御において、操作
レバーの操作量が略零のときには、前記目標作動速度も
略零に設定されるので、基本的には、前記アクチュエー
タは停止状態に維持されるものの、アクチュエータの負
荷変動等によって、該アクチュエータの微小な動きを生
じる場合がある。そこで、前記速度検出手段により検出
された前記アクチュエータの作動速度が略零であって且
つ前記操作量検出手段により検出された前記操作レバー
の操作量が略零であるときには前記閉塞手段により、前
記アクチュエータの圧油の流入経路及び流出経路を閉塞
する。このようにすることにより、アクチュエータにお
ける圧油の流れが完全に停止されるため、該アクチュエ
ータは確実に停止状態に維持される。

【００１８】

【実施例】本発明の一例を図１乃至図７を参照して説明
する。図１は本実施例の油圧制御装置のシステム構成
図、図２は該油圧制御装置の要部のブロック構成図、図
３乃至図７は該油圧制御装置の作動を説明するための線
図である。

【００１９】図１を参照して、本実施例の油圧制御装置
は、例えば油圧ショベルに備えられたアクチュエータの
一つである旋回用油圧モータ（アクチュエータ）を制御
するための装置であり、１は油圧ショベルの上部旋回体
２を減速機３を介して旋回駆動する旋回用油圧モータ、
４は油圧モータ１に圧油を供給する可変容量形油圧ポン
プ、５は油圧モータ１から油圧モータ１への圧油の供給
方向を切り換えて該油圧モータ１の回転方向を切り換え
るための電磁操作方向切換弁、６ａ，６ｂは油圧モータ
１の一対の流入・流出ポート１ａ，１ｂにそれぞれ管路
７ａ，７ｂを介して接続された電磁比例流量制御弁、８
は油圧ポンプ４が吸入・吐出する油を貯蔵した油タンク
である。

【００２０】方向切換弁５は、その中立のＡ位置におい
て、油圧ポンプ４の吐出ポートから導出された管路９を
閉弁すると共に、電磁比例流量制御弁６ａ，６ｂからそ
れぞれ該方向切換弁５側に導出された管路１０ａ，１０
ｂを油タンク８に連通せしめる。また、方向切換弁５
は、そのＢ位置において、油圧ポンプ４側の管路９を電
磁比例流量制御弁６ａ側の管路１０ａに連通せしめると
共に、電磁比例流量制御弁６ｂ側の管路１０ｂを油タン
ク８に絞り５ａを介して連通せしめる。さらに、方向切
換弁５は、そのＣ位置において、油圧ポンプ４側の管路
９を電磁比例流量制御弁６ｂ側の管路１０ｂに連通せし
めると共に、電磁比例流量制御弁６ｂ側の管路１０ｂを
油タンク８に絞り５ｂを介して連通せしめる。

【００２１】かかる油圧回路において、油タンク８から
油圧ポンプ４により吸入・吐出される圧油は、方向切換
弁５がＢ位置に切換えられたときに、管路９、方向切換
弁５、管路１０ａ、電磁比例流量制御弁６ａ及び管路７
ａを順に介して油圧モータ１に供給され、この時、該油
圧モータ１から流出する圧油は、管路７ｂ、電磁比例流
量制御弁６ｂ、管路１０ｂ及び方向切換弁５を介して油
タンク８に回収される。そして、この時、油圧モータ１
は、圧油の流動方向に対応した方向に回転し、これによ
り、油圧ショベルの上部旋回体２が例えば右方向に旋回
駆動される。また、方向切換弁５がＣ位置に切換えられ
たときには、油圧ポンプ４から吐出される圧油は、油圧
モータ１を前記Ｂ位置の場合と逆方向に流れ、これによ
り油圧モータ１の回転が逆転して油圧ショベルの上部旋
回体２が例えば左方向に旋回駆動される。

【００２２】尚、図１において、１１，１１は、回路の
最高圧力を設定するオーバーロードリリーフ弁である。

【００２３】また、図１及び図２を参照して、１２は作
業者が油圧モータ１の駆動・操作を行うための操作レバ
ー、１３は操作レバー１２の中立位置からの操作量Ｒ
（操作方向を含む）を検出する操作量検出器（操作量検
出手段）、１４は油圧ショベルの上部旋回体２の旋回速
度Ｎを検出する速度センサ（速度検出手段）、１５は前
記電磁比例流量制御弁６ａ，６ｂにより油圧モータ１の
流入・流出ポート１ａ，１ｂ間の差圧を制御する圧力制
御装置（圧力制御手段）、１６は油圧ポンプ４の吐出圧
を制御するポンプ制御装置、１７は操作レバー１２の操
作方向に応じて方向切換弁５を切換駆動すると共に、操
作レバーの操作量と上部旋回体２の旋回速度とに応じて
前記圧力制御装置１５やポンプ制御装置１６に指令信号
を出力するメインコントローラである。

【００２４】操作レバー１２は、例えば図１に矢印Ｘで
示すように左右に揺動自在とされ、作業者は、上部旋回
体２を右方向に旋回させたい場合には、該操作レバー１
２を右方向に揺動させ、上部旋回体２を左方向に旋回さ
せたい場合には、該操作レバー１２を左方向に揺動させ
る。そして、操作量検出器１３は、例えばポテンショメ
ータにより構成されるものであり、操作レバー１２の操
作量Ｒに応じた信号をメインコントローラ１７に出力す
るようにしている。

【００２５】圧力制御装置１５は、前記電磁比例流量制
御弁６ａ，６ｂと、油圧モータ１の流入・流出ポート１
ａ側の圧力Ｐａを検出する圧力センサ１８ａと、該圧力
センサ１８ａにより検出された圧力Ｐａと後述するよう
にメインコントローラ１７から付与される指令圧とを受
けて電磁比例流量制御弁６ａを駆動・制御する第１制御
弁コントローラ１９ａと、油圧モータ１の流入・流出ポ
ート１ｂ側の圧力Ｐｂを検出する圧力センサ１８ｂと、
該圧力センサ１８ｂにより検出された圧力Ｐｂと後述す
るようにメインコントローラ１７から付与される指令圧
とを受けて電磁比例流量制御弁６ｂを駆動・制御する第
２制御弁コントローラ１９ｂとを備えている。各制御弁
コントローラ１９ａ，１９ｂは電子回路により構成され
たものである。各制御弁コントローラ１９ｂ，１９ｂ
は、それぞれ圧力センサ１８ａ，１８ｂにより検出され
る圧力Ｐａ，Ｐｂがメインコントローラ１７から付与さ
れる指令圧に一致するように各電磁比例流量制御弁６
ａ，６ｂの開口面積を調整する。

【００２６】ポンプ制御装置１６は、油圧ポンプ４の吐
出圧Ｐｏを検出する圧力センサ２０と、該圧力センサ２
０により検出された吐出圧Ｐｏと後述するようにメイン
コントローラ１７から付与される油圧モータ１の流入側
の指令圧とを受けて油圧ポンプ４の容量制御をレギュレ
ータ２１を介して行うポンプコントローラ２２とを備え
ている。ポンプコントローラ２２は、電子回路により構
成されたものであり、詳細は後述するが、圧力センサ２
０により検出される吐出圧Ｐｏがメインコントローラ１
７から付与される油圧モータ１の流入側の指令圧よりも
一定値だけ大きくなるように油圧ポンプ４の容量をレギ
ュレータ２１を介して制御する。

【００２７】メインコントローラ１７は、マイクロコン
ピュータを含む電子回路により構成されたものであり、
その機能的構成として、図２に示すように、操作量検出
器１３により検出された操作レバー１２の操作方向に応
じて方向切換弁５を切換駆動する切換弁駆動部２３と、
操作量検出器１３により検出された操作レバー１２の操
作量Ｒに応じて前記上部旋回体２の目標旋回速度Ｎｒを
設定する目標速度設定部２４（目標速度設定手段）と、
該目標速度設定部２４により設定された目標旋回速度Ｎ
ｒと速度センサ１４により検出された上部旋回体２の旋
回速度Ｎとに応じて油圧モータ１の流入・流出ポート１
ａ，１ｂ間の差圧を設定し、その設定差圧を得るための
油圧モータ１の流入・流出ポート１ａ側及び流入・流出
ポート１ｂ側のそれぞれの指令圧を前記各制御弁コント
ローラ１９ａ，１９ｂに付与する差圧設定部２５（差圧
設定手段）と、操作量検出器１３により検出された操作
レバー１２の操作量ＲがＲ＝０で、且つ速度センサ１４
により検出された上部旋回体２の旋回速度ＮがＮ≒０で
あるときに前記各制御弁コントローラ１９ａ，１９ｂに
電磁比例流量制御弁６ａ，６ｂの閉弁指令を付与する閉
弁指令部２６とを備えている。ここで、本発明の構成に
対応して、閉弁指令部２６、制御弁コントローラ１９
ａ，１９ｂ及び電磁比例流量制御弁６ａ，６ｂは閉塞手
段２７を構成するものである。

【００２８】尚、メインコントローラ１７のこれらの機
能的構成の詳細は後述するが、差圧設定部２５は、目標
速度設定部２４により設定された目標旋回速度Ｎｒと速
度センサ１４により検出された上部旋回体２の旋回速度
Ｎとの偏差（Ｎｒ−Ｎ）の比例積分演算を行う比例積分
演算部２５ａ（比例積分演算手段）を備えている。

【００２９】次に、かかる装置の作動を説明する。

【００３０】まず、油圧ショベルの上部旋回体２の通常
的な旋回動作を行う場合において、操作レバー１２をそ
の中立位置から例えば図１の右方向に揺動操作すると、
その操作方向と操作量Ｒとが操作量検出器１３により検
出され、その検出信号がメインコントローラ１７に与え
られる。

【００３１】この時、メインコントローラ１７の切換弁
駆動部２３は、操作レバー１２の右方向への操作に対応
して方向切換弁５をＡ位置からＢ位置にＯＮ・ＯＦＦ的
に切り換える。これにより、油圧ポンプ４から吐出され
る圧油は前述したように方向切換弁５及び電磁比例流量
制御弁６ａを介して油圧モータ１に供給され、さらに該
油圧モータ１から電磁比例流量制御部６ｂ及び方向切換
弁５を介して油タンク７に回収され、油圧モータ１が上
部旋回体２を右方向に旋回駆動すべく回転して該上部旋
回体２が右方向に旋回し始める。

【００３２】また、この時、メインコントローラ１７の
目標速度設定部２４は、図３に示すように操作レバー１
２の操作量Ｒ（以下、レバー操作量Ｒという）に対する
上部旋回体２の目標旋回速度Ｎｒをあらかじめ定めたマ
ップを備えており、該マップに従って、今現在検出され
たレバー操作量Ｒに応じた目標旋回速度Ｎｒを設定す
る。この場合、目標旋回速度Ｎｒは、レバー操作量Ｒが
大きい程、大きくなり、且つ、レバー操作量Ｒが大きい
程、該レバー操作量Ｒに対する目標旋回速度Ｎｒの増加
率が大きくなるように設定される。

【００３３】該目標速度設定部２４により設定された目
標旋回速度Ｎｒは、速度センサ１４により検出された上
部旋回体２の今現在の実際の旋回速度Ｎと共に、メイン
コントローラ１７の差圧設定部２５に与えられる。この
とき、該差圧設定部２５の比例積分演算部２５ａは、次
式（１）に従って、目標旋回速度Ｎｒと実際の旋回速度
Ｎとの偏差（Ｎｒ−Ｎ）に対する比例積分演算を行い、
所謂比例積分制御（ＰＩ制御）のための制御演算値Ｘを
求める。

【００３４】

【数１】

【００３５】ここで、式（１）において、ｋは比例ゲイ
ン、Ｔは積分時間であり、右辺第１項が比例項、第２項
が積分項である。尚、本実施例では、制御演算値Ｘを求
めるための式（１）は、旋回速度Ｎが例えばＮ≧１〔rp
m 〕である場合に使用し、旋回速度Ｎが略零に等しいＮ
＜１〔rpm 〕である場合には、式（１）と異なる式を用
いて制御演算値Ｘを求めるが、ここでは、Ｎ≧１〔rpm
〕である場合について説明し、Ｎ＜１〔rpm 〕の場合
については後述する。

【００３６】上記のように制御演算値Ｘを求めた差圧設
定部２５は、該制御演算値Ｘに応じて油圧モータ１の流
入・流出ポート１ａ，１ｂ間の差圧を設定する。

【００３７】さらに詳細には、差圧設定部２５は、図４
に示すように油圧モータ１の流入・流出ポート１ａ側
（右旋回の場合、油圧モータ１の流入側）の指令圧Ｐas
と油圧モータ１の流入・流出ポート１ｂ側（右旋回の場
合、油圧モータ１の流出側）の指令圧Ｐbsとを制御演算
値Ｘに対してあらかじめ定めたマップを備えており、該
マップに従って、今現在求められた制御演算値Ｘに応じ
た油圧モータ１の流入・流出ポート１ａ側及び流入・流
出ポート１ｂ側のそれぞれの指令圧Ｐas，Ｐbsを設定す
る。これにより、油圧モータ１の流入・流出ポート１
ａ，１ｂ間の差圧は、指令圧Ｐas，Ｐbsの差（Ｐas−Ｐ
bs）として設定されることとなる。

【００３８】この場合、制御演算値Ｘが正の値であると
き、すなわち、実際の旋回速度Ｎが目標回転速度Ｎｒよ
りも小さいときには、指令圧Ｐasは制御演算値Ｘに比例
して増加するように設定されると共に、指令圧Ｐbsは
“０”に設定される。これにより、油圧モータ１の流入
・流出ポート１ａ，１ｂ間の差圧は、油圧モータ１の駆
動トルクが増速側に増大する方向で、制御演算値Ｘに比
例して増大するように設定される。また、制御演算値Ｘ
が負の値であるとき、すなわち、実際の旋回速度Ｎが目
標回転速度Ｎｒよりも大きいときには、上記の場合と逆
に、指令圧Ｐasは“０”に設定され、指令圧Ｐbsは制御
演算値Ｘに比例して増加するように設定される。これに
より、油圧モータ１の流入・流出ポート１ａ，１ｂ間の
差圧は、油圧モータ１の駆動トルクが減速側に増大する
方向で、制御演算値Ｘに比例して増大するように設定さ
れる。

【００３９】尚、指令圧Ｐas，Ｐbsは、前記オーバーロ
ードリリーフ弁１１（図１参照）の最高圧力Ｐmax に達
した後には、制御演算値Ｘの値にかかわらず該最高圧力
Ｐmax に設定される。

【００４０】差圧設定部２５により今現在の制御演算値
Ｘに応じて設定された指令圧Ｐas，Ｐbsは、それぞれ制
御弁コントローラ１９ａ，１９ｂに与えられる。このと
き、各制御弁コントローラ１９ａ，１９ｂは、それぞれ
圧力センサ１８ａ，１８ｂにより検出される圧力Ｐａ，
Ｐｂがメインコントローラ１７から付与される指令圧Ｐ
as，Ｐbsとなるように各電磁比例流量制御弁６ａ，６ｂ
の開口面積を調整する。

【００４１】具体的には、右旋回時において、制御弁コ
ントローラ１９ａは、圧力センサ１８ａにより検出され
た圧力Ｐａが指令圧Ｐasよりも小さい場合には、電磁比
例流量制御弁６ａの開口面積が大きくなるように、換言
すれば電磁比例流量制御弁６ａの絞りを弱めるように該
電磁比例流量制御弁６ａを駆動して、油圧モータ１の流
入・流出ポート１ａ側の圧力Ｐａを上昇させる。また、
圧力センサ１８ａにより検出された圧力Ｐａが指令圧Ｐ
asよりも大きい場合には、制御弁コントローラ１９ａ
は、電磁比例流量制御弁６ａの開口面積が小さくなるよ
うに、換言すれば電磁比例流量制御弁６ａの絞りを強め
るように該電磁比例流量制御弁６ａを駆動して、油圧モ
ータ１の流入・流出ポート１ａ側の圧力Ｐａを低下させ
る。また、制御弁コントローラ１９ｂは、圧力センサ１
８ｂにより検出された圧力Ｐｂが指令圧Ｐbsよりも小さ
い場合には、電磁比例流量制御弁６ｂの開口面積が小さ
くなるように電磁比例流量制御弁６ｂを駆動して、油圧
モータ１の流入・流出ポート１ｂ側の圧力Ｐｂを上昇さ
せる。また、圧力センサ１８ｂにより検出された圧力Ｐ
ｂが指令圧Ｐbsよりも大きい場合には、制御弁コントロ
ーラ１９ｂは、電磁比例流量制御弁６ｂの開口面積が大
きくなるように電磁比例流量制御弁６ｂを駆動して、油
圧モータ１の流入・流出ポート１ｂ側の圧力Ｐｂを低下
させる。これにより、油圧モータ１の流入・流出ポート
１ａ，１ｂ間の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）は前記差圧設定部２
５により設定された差圧（Ｐas−Ｐbs）となるように制
御される。

【００４２】また、かかる作動と並行して、差圧設定部
２５により今現在の制御演算値Ｘに応じて設定された指
令圧Ｐas，Ｐbsのうち、油圧モータ１の流入側の指令圧
Ｐas，Ｐbs（右旋回の場合には、指令圧Ｐas）は、ポン
プコントローラ２２に与えられ、このとき、ポンプコン
トローラ２２は、前記圧力センサ２０により検出される
油圧ポンプ４の吐出圧Ｐｏがメインコントローラ１７か
ら付与される油圧モータ１の流入側の指令圧Ｐasよりも
一定値だけ大きくなるように油圧ポンプ４の容量をレギ
ュレータ２１を介して制御する。これにより、油圧ポン
プ４から油圧モータ１への圧油の流量は、該油圧モータ
１の回転駆動に必要な流量に確保される。

【００４３】尚、以上説明した制御・作動は、上部旋回
体２の左旋回時にも同様に行われる。

【００４４】本実施例の装置では、基本的には、以上、
説明した制御・作動が時々刻々行われ、目標旋回速度Ｎ
ｒと上部旋回体２の実際の旋回速度Ｎとの偏差（Ｎｒ−
Ｎ）が低減するように、油圧モータ１の流入・流出ポー
ト１ａ，１ｂ間の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）、換言すれば、油
圧モータ１の駆動トルクが制御される。すなわち、Ｎｒ
＞Ｎであるときには、油圧モータ１の流入・流出ポート
１ａ，１ｂ間の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）は上部旋回体２が増
速するような差圧に制御され、また、Ｎｒ＜Ｎであると
きには、差圧（Ｐａ−Ｐｂ）は上部旋回体２が減速する
ような差圧に制御される。そして、特に、前記制御演算
値Ｘを求めるための式（１）の積分項は、偏差（Ｎｒ−
Ｎ）を解消するように作用するので、上部旋回体２の実
際の旋回速度Ｎは、レバー操作量Ｒに応じて定まる目標
旋回速度Ｎｒに確実に一致する。

【００４５】また、油圧モータ１の流入・流出ポート１
ａ，１ｂ間の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）は、偏差（Ｎｒ−Ｎ）
が大きい程、これに比例して大きくなるように制御され
るので、操作レバー１２をある操作位置から他の操作位
置に操作した場合の操作速度が速い程、油圧モータ１の
差圧（Ｐａ−Ｐｂ）、換言すれば、油圧モータ１による
上部旋回体２の駆動トルクが大きなものとなって、該上
部旋回体２の加速度が大きなものとなり、操作レバー１
２の操作速度に応じた上部旋回体２の加減速度が得られ
る。

【００４６】例えば、図５に示すように、レバー操作量
Ｒに応じた目標旋回速度Ｎｒが変化すると、上部旋回体
２の実際の旋回速度Ｎは、該目標旋回速度Ｎｒに追従し
て変化し、操作レバー１２をあるレバー操作量Ｒの位置
で保持して目標旋回速度Ｎｒが一定に維持された状態で
は、上部旋回体２の実際の旋回速度Ｎは該目標旋回速度
Ｎｒに合致するようになり、また、レバー操作量Ｒを変
化させて目標旋回速度Ｎｒが増減した場合には、上部旋
回体２の実際の旋回速度Ｎも、該目標旋回速度Ｎｒの増
減に追従して増減する。

【００４７】また、図６（ａ）に示すように、レバー操
作量Ｒを一定に保持した状態で、上部旋回体２の負荷が
変動した場合には、上部旋回体２の実際の旋回速度Ｎ
は、図６（ｂ）に示すように、該負荷の変動時に一時的
に変化するものの、迅速にレバー操作量Ｒに対応する目
標旋回速度Ｎｒに合致するように変化する。

【００４８】このように、本実施例の装置においては、
レバー操作量Ｒに応じた目標旋回速度Ｎｒと上部旋回体
２の実際の旋回速度Ｎとの偏差（Ｎｒ−Ｎ）が低減する
ように、油圧モータ１の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）を制御し、
また、偏差（Ｎｒ−Ｎ）が大きくて、前記制御演算値Ｘ
が大きい程、油圧モータ１の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）を大き
なものに制御することにより、レバー操作量Ｒに応じた
目標旋回速度Ｎｒを迅速且つ確実に得ることができると
共に、操作レバー１２の操作速度に応じた上部旋回体２
の加減速度を得ることができる。

【００４９】また、前記図３に示したように、レバー操
作量Ｒが大きい程、該レバー操作量Ｒに対する目標旋回
速度Ｎｒの増加率が大きくなるように目標旋回速度Ｎｒ
が設定されるので、レバー操作量Ｒの比較的小さい範囲
では、該レバー操作量Ｒの変化に対する目標旋回速度Ｎ
ｒの変化幅が小さくなるので、上部旋回体２の微速操作
を容易に行うことができる。

【００５０】尚、前記式（１）の比例ゲインｋ及び積分
時間Ｔは、例えば操作レバー１２をその中立位置から最
大操作量Ｒまで瞬間的に変化させた場合、すなわち、前
記差圧設定部２５に最大目標旋回速度Ｎｒのステップ入
力を付与した場合に、上部旋回体２の旋回速度Ｎが例え
ば最大目標旋回速度Ｎｒに対して約１０％程度のオーバ
ーシュートを生じるように、比例ゲインｋ及び積分時間
Ｔを設定する。このように比例ゲインｋ及び積分時間Ｔ
を設定すると、上部旋回体２の任意の旋回速度Ｎにおい
て、該旋回速度Ｎの目標旋回速度Ｎｒに対する追従性が
比較的良好なものとなる。

【００５１】尚、式（１）の比例ゲインｋ及び積分時間
Ｔは、例えば上部旋回体２の旋回速度Ｎに応じて設定す
るようにすることも可能であることはもちろんである。

【００５２】次に、上部旋回体２の旋回動作による押し
つけ作業について説明する。

【００５３】押しつけ作業を行う場合、上部旋回体２の
旋回速度Ｎは目標旋回速度Ｎｒの値にかかわらず、Ｎ≒
０となるので、前記偏差（Ｎｒ−Ｎ）は“０”になら
ず、このため、前記式（１）により制御演算値Ｘを求め
ると、該式（１）の積分項は時々刻々増大する。このた
め、油圧モータ１の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）は、レバー操作
量Ｒに応じた目標旋回速度Ｎｒの値にかかわらず、最終
的に前記オーバーロードリリーフ弁１１（図１参照）の
最高圧力Ｐmax に維持され、従って、該油圧モータ１の
トルクも最大トルクに維持されてしまう。

【００５４】そこで、本実施例においては、前記差圧設
定部２５の比例積分演算部２５ａは、Ｎ≒０であるＮ＜
１〔ｒｐｍ〕において、式（１）の積分項を固定値とし
て、次式（２）により前記制御演算値Ｘを求める。

【００５５】Ｘ＝ｋ（Ｎｒ−Ｎ）＋Ｃｏ ……（２） 但し、Ｎ＜１〔ｒｐｍ〕 上式（２）においてＣｏは固定値である。式（２）から
明らかなように、Ｎ≒０であるので、図７に示すよう
に、制御演算値Ｘは目標旋回速度Ｎｒに比例し、従っ
て、該制御演算値Ｘから前述したように設定される油圧
モータ１の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）も目標旋回速度Ｎｒに対
して比例的に変化する。

【００５６】これにより、Ｎ≒０である押しつけ作業時
には、油圧モータ１のトルクはレバー操作量Ｒに応じて
変化することとなり、作業者は該レバー操作量Ｒを適宜
調整することで、上部旋回体２の旋回動作による押しつ
け力を所望の押しつけ力にすることができる。尚、前記
固定値Ｃｏは、例えば油圧モータ１の差圧（Ｐａ−Ｐ
ｂ）が、上部旋回体２の無負荷時における最低駆動圧力
となるような値に設定しておく。このようにすることに
より、レバー操作量Ｒが比較的小さなものである場合
に、上部旋回体２のふらつきを防止することができる。

【００５７】ところで、本実施例の装置において、操作
レバー１２の操作位置が中立位置である場合（レバー操
作量Ｒ＝０の場合）には、目標旋回速度Ｎｒは“０”で
あるので、前述したように油圧モータ１の差圧（Ｐａ−
Ｐｂ）を制御することにより、基本的には、上部旋回体
２の旋回速度Ｎは“０”となるように制御されるもの
の、負荷の変動があると、上部旋回体２のふらつきが多
少生じる。一方、操作レバー１２の操作位置が中立位置
に保持され、且つ旋回速度ＮがＮ≒０であるときには、
上部旋回体２の停止が要求される場合であるので、上部
旋回体２の旋回速度Ｎを完全に“０”に保持した方が好
ましい。

【００５８】そこで、本実施例の装置においては、レバ
ー操作量ＲがＲ＝０で、且つ上部旋回体２の旋回速度Ｎ
がＮ≒０であるとき（例えばＮ＜１〔ｒｐｍ〕であると
き）には、前記メインコントローラ１７の閉弁指令部２
６は、前記各制御弁コントローラ１９ａ，１９ｂに電磁
比例流量制御弁６ａ，６ｂの閉弁指令を付与する。この
とき、各制御弁コントローラ１９ａ，１９ｂは、差圧設
定部２５からの指令にかかわらず、電磁比例流量制御弁
６ａ，６ｂを閉弁する。これにより、油圧モータ１の流
入・流出ポート１ａ，１ｂが閉塞されるため、該油圧モ
ータ１は回転することができなくなり、従って、上部旋
回体２の旋回速度ＮはＮ＝０に保持される。

【００５９】尚、以上説明した実施例においては、油圧
モータ１の制御を例にとって説明したが、油圧ショベル
のブームシリンダやアームシリンダ、バケットシリンダ
等の他のアクチュエータについても本発明を適用するこ
とが可能であることはもちろんである。

【００６０】また、本実施例では、前記式（１）の比例
積分演算を用いて前記制御演算値Ｘを求め、油圧モータ
１の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）を所謂比例積分制御（ＰＩ制
御）により制御するようにしたが、さらに前記式（１）
に微分項を付加し、所謂比例積分微分制御（ＰＩＤ制
御）により油圧モータ１の差圧（Ｐａ−Ｐｂ）を制御す
るようにすることも可能であることはもちろんである。

【００６１】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、本発明
によれば、操作レバーの操作量に応じてアクチュエータ
の目標作動速度を設定すると共に、その目標作動速度と
アクチュエータの実際の作動速度との偏差を解消するよ
うに、比例積分制御によりアクチュエータの流入口及び
流出口間の差圧を制御し、このとき、比例積分の演算値
が大きい程、前記差圧を大きくなるように制御すること
によって、操作レバーの操作量に呼応したアクチュエー
タの作動速度を迅速に得ることができると共に、アクチ
ュエータの作動速度を変化させる場合の加減速度を操作
レバーの操作を通じて制御することができる。

【００６２】そして、アクチュエータの実際の作動速度
が略零である低速度であるときに、比例積分演算の積分
項をあらかじめ定めた固定値として比例積分の演算値を
求めるようにしたことによって、押しつけ作業等を行う
場合にアクチュエータの駆動力を操作レバーの操作を通
じて制御することができる。

【００６３】また、操作レバーの操作量が大きい程、該
操作レバーの操作量に対する前記目標作動速度の増加率
が大きくなるように該目標作動速度を設定することによ
って、操作レバーの操作量が比較的小さい範囲では、該
操作量の変化に対するアクチュエータの作動速度の変化
を小さなものとすることができ、アクチュエータの微速
操作を容易に行うことができる。

【００６４】また、アクチュエータの作動速度が略零で
あって且つ操作レバーの操作量が略零であるときに前記
アクチュエータの圧油の流入経路及び流出経路を閉塞す
るようにしたことによって、操作レバーを中立位置に保
持した場合に、アクチュエータを確実に停止状態に保持
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作業機械の油圧制御装置の一例のシス
テム構成図。

【図２】図１の装置の要部のブロック構成図。

【図３】図１の装置の作動を説明するための線図。

【図４】図１の装置の作動を説明するための線図。

【図５】図１の装置の作動を説明するための線図。

【図６】図１の装置の作動を説明するための線図。

【図７】図１の装置の作動を説明するための線図。

【符号の説明】

１…油圧モータ（アクチュエータ）、４…油圧ポンプ、
１２…操作レバー、１３…操作量検出器（操作量検出手
段）、１４…速度センサ（速度検出手段）、１５…圧力
制御装置（圧力制御手段）、２４…目標速度設定部（目
標速度設定手段）、２５…差圧設定部（差圧設定手
段）、２５ａ…比例積分演算部（比例積分演算手段）、
２７…閉塞手段。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操作レバーの操作に応じて油圧ポンプから
   アクチュエータに圧油を供給して該アクチュエータを駆
   動せしめる作業機械の油圧制御装置において、前記アク
   チュエータの作動速度を検出する速度検出手段と、前記
   操作レバーの操作量を検出する操作量検出手段と、該操
   作量検出手段により検出された前記操作レバーの操作量
   に応じて前記アクチュエータの目標作動速度を設定する
   目標速度設定手段と、該目標速度設定手段により設定さ
   れた目標作動速度と前記速度検出手段により検出された
   前記アクチュエータの作動速度との偏差に応じて前記ア
   クチュエータの圧油の流入口及び流出口間の差圧を前記
   偏差を解消する向きで設定する差圧設定手段と、該差圧
   設定手段により設定された差圧を得るべく前記アクチュ
   エータの圧油の流入口及び流出口の圧力を制御する圧力
   制御手段とを備え、前記差圧設定手段は、前記目標作動
   速度と前記アクチュエータの作動速度との偏差にあらか
   じめ定めた比例ゲインを乗算してなる比例項と該偏差を
   あらかじめ定めた積分時間内で積分してなる積分項との
   総和を求める比例積分演算手段を有し、該演算手段によ
   り求められた演算値が大きい程、前記差圧を大きな値に
   設定することを特徴とする作業機械の油圧制御装置。
2. 【請求項２】前記比例積分演算手段は、前記速度検出手
   段により検出された前記アクチュエータの作動速度が略
   零である低速度であるときに、前記積分項をあらかじめ
   定めた固定値として前記比例項との総和を求めることを
   特徴とする請求項１記載の作業機械の油圧制御装置。
3. 【請求項３】前記目標速度設定手段は、前記操作レバー
   の操作量が大きい程、該操作レバーの操作量に対する前
   記目標作動速度の増加率が大きくなるように該目標作動
   速度を設定することを特徴とする請求項１記載の作業機
   械の油圧制御装置。
4. 【請求項４】前記速度検出手段により検出された前記ア
   クチュエータの作動速度が略零であって且つ前記操作量
   検出手段により検出された前記操作レバーの操作量が略
   零であるときに前記アクチュエータの圧油の流入経路及
   び流出経路を閉塞する閉塞手段を備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の作業機械の油圧制御装置。