JPH11311201A - 油圧駆動制御装置 - Google Patents

油圧駆動制御装置

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JPH11311201A
JPH11311201A JP11481898A JP11481898A JPH11311201A JP H11311201 A JPH11311201 A JP H11311201A JP 11481898 A JP11481898 A JP 11481898A JP 11481898 A JP11481898 A JP 11481898A JP H11311201 A JPH11311201 A JP H11311201A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】油圧駆動制御装置において、アクチュエータの
動作方向がいずれであっても、簡単な構造で、負荷圧の
変化に係わらずアクチュエータを操作レバーの操作量に
応じた速度で動作させることができるようにする。 【解決手段】コントローラ24は、角度センサ21から
の操作レバー90aのレバーストローク信号xと圧力セ
ンサ22,23からのアームシリンダ5aのボトム側及
びロッド側の圧力P1及びP2とを入力し、方向制御弁4
aのメータアウト圧Pmoを判定し、レバーストローク信
号xから方向制御弁4aのメータアウト絞り13aの開
口面積A1及び目標通過流量Qrefを演算し、メータアウ
ト圧Pmo、開口面積A1、目標通過流量Qrefからアーム
シリンダ5aを操作レバー90aの操作量に応じた速度
で駆動するための補助弁25の絞りの開口面積A2を演
算し、この開口面積A2に応じた制御信号Xsubを補助弁
25に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械のアクチュエータの駆動を制御する油圧駆動制
御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】油圧ショベルのアクチュエータの駆動を
制御する油圧駆動制御装置としては、特開平6−123
303号公報に記載されているように、制御対象となる
アクチュエータに接続された方向切換弁のメータアウト
絞りの上流側又は下流側に圧力補償弁を設け、アクチュ
エータの負荷圧の変化に係わらずアクチュエータの作動
速度を一定にするとともに、キャビテーションを防止す
ることを可能としたものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、次のような問題がある。すなわち、
制御対象となるアクチュエータを油圧ショベルのアーム
伸縮用シリンダとした場合、シリンダの伸長時及び縮退
時のいずれにおいても、シリンダの動作を加速せしめる
方向の負荷、即ちネガティブロードが作用し得る。例え
ば、掘削作業を行う場合に、アームが車体から遠い位置
にある状態でシリンダを伸長させてアームクラウドさせ
ると、アームの自重が慣性負荷となり、シリンダの伸長
動作を加速させる。また、砂を均等に振りまく場合に、
アームが車体に近い位置にある状態でシリンダを縮退さ
せてアームダンプさせると、アームの自重が慣性負荷と
なり、シリンダの縮退動作を加速させる。このようなネ
ガティブロードは、油圧ショベルのバケットの積み荷の
量やアームの角度などに応じて変化する。
【0004】上記特開平6−123303号に記載の従
来技術では、圧力補償弁により負荷圧の変化に係わらず
シリンダの作動速度を一定にし、シリンダを常に操作レ
バーの操作量に応じた速度で動作させることができる。
しかし、シリンダの伸長方向の動作に対する圧力補償弁
だけしか設けられていないので、シリンダの縮退方向に
ついても負荷圧の変化に係わらず動作速度を一定にする
ためには圧力補償弁をもう1つ設ける必要があり、この
場合には2つの圧力補償弁が設けられることになるた
め、システムが複雑になってしまう。したがって、従来
では、上述したような砂を均等に振りまく作業の場合に
は、オペレータがバケットの動きを見ながら慎重に操作
レバーを操作する必要があり、オペレータの負担が増大
し疲労感が増大するばかりでなく、砂を均等に振りまく
ことが困難であった。
【0005】本発明の目的は、アクチュエータの動作方
向がいずれであっても、簡単な構造で、負荷圧の変化に
係わらずアクチュエータを操作レバーの操作量に応じた
速度で動作させることができる油圧駆動制御装置を提供
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】(1)上記の目的を達成
するため、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプか
らの圧油によって駆動されるアクチュエータと、操作レ
バーの操作方向と操作量に応じて前記アクチュエータに
供給される圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁
と、この方向制御弁をタンクに接続するタンクラインと
を有する油圧駆動制御装置において、前記タンクライン
に設けられ、前記アクチュエータからの戻り油の流量を
補助的に制御する補助弁と、前記アクチュエータの給排
ラインの圧力を検出する圧力検出手段と、前記操作レバ
ーの操作量を検出するレバー操作量検出手段と、前記圧
力検出手段により検出された圧力から前記アクチュエー
タのメータアウト圧力を決定し、このメータアウト圧力
と前記レバー操作量検出手段により検出された操作レバ
ーの操作量とに基づいて、前記アクチュエータが前記操
作レバーの操作量に応じた速度で駆動するよう前記補助
弁を制御する制御手段とを有する構成とする。
【0007】このように補助弁、圧力検出手段、レバー
操作量検出手段及び制御手段を設け、アクチュエータの
メータアウト圧力と操作レバーの操作量とに基づいてア
クチュエータが操作レバーの操作量に応じた速度で駆動
するよう補助弁を制御することにより、アクチュエータ
にネガティブロードが作用してアクチュエータの給排ラ
インの一方の圧力が高くなると、アクチュエータの動作
速度が操作レバーの操作量に応じた速度よりも大きくな
らないように補助弁が絞られるので、アクチュエータの
両動作方向に圧力補償弁をそれぞれ設けることなく簡単
な構造で、アクチュエータの両動作方向について、負荷
圧の変化に係わらずアクチュエータを操作レバーの操作
量に応じた速度で動作させることができる。
【0008】(2)上記(1)において、好ましくは、
前記制御手段は、前記レバー操作量検出手段により検出
された操作レバーの操作量から前記方向制御弁のメータ
アウト絞りの開口面積を演算する制御弁開口面積演算手
段と、前記レバー操作量検出手段により検出された操作
レバーの操作量から前記方向制御弁の目標通過流量を演
算する通過流量演算手段と、前記アクチュエータのメー
タアウト圧力、前記制御弁開口面積演算手段により求め
た方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積及び前記通
過流量演算手段により求めた方向制御弁の目標通過流量
から、前記アクチュエータを前記操作レバーの操作量に
応じた速度で駆動するための前記補助弁の目標開口面積
を演算する補助弁開口面積演算手段と、この補助弁開口
面積演算手段により求めた補助弁の目標開口面積に応じ
た制御信号を演算し、補助弁に出力する出力演算手段と
を有する。
【0009】これによりアクチュエータが操作レバーの
操作量に応じた速度で駆動するよう補助弁を制御でき
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図1において、本実施形態の油圧駆
動制御装置は油圧ショベルに適用されるものであり、原
動機1と、この原動機1によって駆動される油圧ポンプ
2と、この油圧ポンプ2からの圧油により駆動されるア
ームシリンダ5a、ブームシリンダ5b、バケットシリ
ンダ5cと、油圧ポンプ2からシリンダ5a〜5cに供
給される圧油の方向及び流量をそれぞれ制御する方向制
御弁4a,4b,4cと、方向制御弁4a〜4cをロー
ドチェック弁30を介して油圧ポンプ2のポンプライン
3に接続するフィーダライン3a,3b,3cと、方向
制御弁4a〜4cをタンク26から引き出されたタンク
ライン6に接続するタンクライン6a,6b,6cと、
方向制御弁4a〜4cをシリンダ5a〜5cのボトム側
及びロッド側にそれぞれ接続する給排ライン11a,1
1b,11c及び12a,12b,12cと、原動機1
により駆動されるパイロットポンプ7と、このパイロッ
トポンプ7にパイロット圧力供給ライン8を介して接続
され、操作レバー90a〜90cの操作量に応じて方向
制御弁4a〜4cを切り換えるパイロット圧をそれぞれ
生成し、この圧力をパイロットラインa1又はa2,b
1又はb2,c1又はc2を介して方向制御弁4a〜4
cのパイロット圧力作用部4a1又は4a2,4b1又は
b2,4c1又は4c2にそれぞれ導くパイロットバルブ9
a〜9cとを備えている。
【0011】方向制御弁4a〜4cは、油圧ポンプ2に
接続されたポンプライン3から分岐してタンク26に接
続されるセンタバイパスライン29の途中に設けられた
オープンセンタ型方向制御弁である。
【0012】方向制御弁4aは、可変絞り30を有しフ
ィーダライン3aと給排ライン11a,12aのいずれ
か一方とを連通する油路(以下メータイン油路という)
10aと、可変絞り33を有しタンクライン6aと給排
ライン11a,12aの他方とを連通する油路(以下メ
ータアウト油路という)13aとを有している。方向制
御弁4aが切換位置Bにあるときは、センタバイパスラ
イン29を連通し、フィーダライン3a及びタンクライ
ン6aと給排ライン11a,12aとを遮断し、方向制
御弁4aが切換位置Aにあるときは、センタバイパスラ
イン29を遮断し、メータイン油路10aによりフィー
ダライン3aと給排ライン12aとを連通し、メータア
ウト油路13aにより給排ライン11aとタンクライン
6aとを連通し、方向制御弁4aが切換位置Cにあると
きは、センタバイパスライン29を遮断し、メータイン
油路10aによりフィーダライン3aと給排ライン11
aとを連通し、メータアウト油路13aにより給排ライ
ン12aとタンクライン6aとを連通する。なお、方向
制御弁4b,4cについても、方向制御弁4aと同様な
構成となっている。
【0013】このような油圧駆動制御装置を搭載した油
圧ショベルは、図2に示すように、下部走行体41と、
この下部走行体41に旋回可能に連結された上部旋回体
42と、上部旋回体42に設けられ、ブームシリンダ5
b、アームシリンダ5a、バケットシリンダ5cにより
上下方向にそれぞれ回動可能なブーム43、アーム4
4、バケット45からなるフロント装置46とを有して
いる。
【0014】また、以上の油圧駆動制御装置は、本発明
の特徴部分として、方向制御弁4aのタンクライン6a
に設けられ、アームシリンダ5aからの戻り油を補助的
に制御する補助弁25と、操作レバー90aの操作量を
検出する角度センサ21と、給排ライン11a,12a
に設けられ、アームシリンダ5aのボトム側及びロッド
側の圧力をそれぞれ検出する圧力センサ22,23と、
角度センサ21及び圧力センサ22,23の検出値を入
力し、補助弁25を動作させる外部信号である制御信号
(電気信号)を演算して補助弁25に出力するコントロ
ーラ24とを備えている。
【0015】補助弁25は、コントローラ24からの電
気信号により駆動する電磁比例弁であり、全開位置と可
変絞り35を有する位置とを有しており、コントローラ
24からの制御信号が入力されないときは全開位置にあ
って開口面積が最大となり、コントローラ24からの制
御信号が入力されると全開位置から切り換えられ、制御
信号が大きくなるほど開口面積が小さくなるように動作
する。
【0016】図3にコントローラ24の制御機能を示
す。図3において、コントローラ24は、メータアウト
圧判定部51と演算出力部52とを有している。メータ
アウト圧判定部51は、図4のフローチャートに示すよ
うに、圧力センサ22,23からのアームシリンダ5a
のボトム側及びロッド側の圧力信号P1,P2と角度セン
サ21からの操作レバー90aのレバーストローク信号
xとを入力し(ステップ111)、レバーストローク信
号xにより操作レバー90aがa1側に操作されたかど
うかを判定し(ステップ112)、a1側に操作された
と判定されたときはアームシリンダ5aのロッド側の圧
力信号P2をメータアウト圧Pmoとして出力し(ステッ
プ113)、そうでないときはアームシリンダ5aのボ
トム側の圧力信号P1をメータアウト圧Pmoとして出力
する(ステップ114)。
【0017】演算出力部52は、角度センサ21からの
操作レバー90aのレバーストローク信号xとメータア
ウト圧判定部51からのメータアウト圧Pmoとを入力
し、補助弁25を動作させる制御信号Xsubを演算し
(ステップ115)、この制御信号Xsubを補助弁25
に出力する(ステップ116)。
【0018】図5に演算出力部52のステップ115で
の演算処理の詳細を示す。図5において、演算出力部5
2は、制御弁開口面積演算部70と、アクチュエータ速
度演算部71と、制御弁通過流量演算部72と、目標開
口面積演算部73と、補助弁開口面積演算部74と、制
御信号演算部75とを有している。
【0019】制御弁開口面積演算部70は、角度センサ
21からの操作レバー90aのレバーストローク信号x
を入力し、図6に示すような予め設定されたレバースト
ローク−制御弁開口面積変換テーブルに従って、方向制
御弁4aのメータアウト油路13aの可変絞り33の開
口面積A1を演算する。
【0020】アクチュエータ速度演算部71は、角度セ
ンサ21からの操作レバー90aのレバーストローク信
号xを入力し、図7に示すような予め設定されたレバー
ストローク−アクチュエータ速度変換テーブルに従っ
て、アームシリンダ5aの作動速度の目標値Vrefを演
算する。
【0021】制御弁通過流量演算部72は、アクチュエ
ータ速度演算部71で求めたアームシリンダ5aの作動
速度の目標値Vrefにゲインkを乗じて方向制御弁4a
のメータアウト油路13aの通過流量の目標値Qref
演算する。
【0022】目標開口面積演算部73は、制御弁通過流
量演算部72で求めたメータアウト油路13aの通過流
量の目標値Qrefとメータアウト圧判定部51からのメ
ータアウト圧Pmoとを入力し、図示のような計算式を用
いて、図8に示すように直列に接続された方向制御弁4
aのメータアウト油路13aの可変絞り33と補助弁2
5の可変絞り35とを仮想的に1つの可変絞りZに置き
換えたときに、可変絞りZの通過流量を目標値Qref
一致させるための可変絞りZの目標開口面積Arefを演
算する。なお、図示の計算式において、Cは定数、ρ=
γ/g(γ:流体の単位体積質量、g:重力加速度)で
ある。
【0023】補助弁開口面積演算部74は、制御弁開口
面積演算部70で演算した可変絞り33の開口面積A1
と目標開口面積演算部73で演算した可変絞りZの目標
開口面積Arefとを入力し、図示のような計算式を用い
て、可変絞りZの開口面積を目標開口面積Arefにする
ための補助弁25の開口面積A2を演算する。
【0024】制御信号演算部75は、補助弁開口面積演
算部74で求めた補助弁25の開口面積A2を入力し、
図9に示すような予め設定された補助弁開口面積−制御
信号変換テーブルに従って、補助弁25の制御信号X
subを演算し、この制御信号Xsubを補助弁25に出力す
る。
【0025】以上のように構成した本実施形態の動作を
説明する。まず、パイロットバルブ9a〜9cの操作レ
バー90a〜90cが中立位置にあり、方向制御弁4a
〜4cがすべて切換位置Bにある状態では、油圧ポンプ
2から吐出された圧油の全流量がセンタバイパスライン
29を通ってタンク26に戻る。
【0026】この状態からパイロットバルブ9bの操作
レバー90bをb1側に操作すると、その操作量に応じ
たパイロット圧が方向制御弁4bのパイロット圧力作用
部4 b1に導かれ、方向制御弁4bはそのパイロット圧に
応じた切換量だけ切換位置Cに切り換わり、油圧ポンプ
2からの圧油はポンプライン3、フィーダライン3b、
メータイン油路10b、給排ライン11bを通ってブー
ムシリンダ5bのボトム側に流入し、ブームシリンダ5
bを伸長させ、ブームシリンダ5bのロッド側から排出
された圧油は給排ライン12b、メータアウト油路13
b、タンクライン6b,6を通ってタンク26に流れ落
ちる。これによりブーム43が上昇する。また、パイロ
ットバルブ9bの操作レバー90bをb2側に操作した
とき、パイロットバルブ9cの操作レバー90cをc1
及びc2側に操作したときは、上記と同様にして、それ
ぞれブーム43の下げ動作、バケット45のクラウド動
作及びダンプ動作が行われる。
【0027】また、アーム44が前方に伸びた図10に
示すP位置にある状態から、パイロットバルブ9aの操
作レバー90aをa1側に操作すると、その操作量に応
じたパイロット圧が方向制御弁4aのパイロット圧力作
用部4a1に導かれ、方向制御弁4aはそのパイロット圧
に応じた切換量だけ切換位置Cに切り換わり、油圧ポン
プ2からの圧油はポンプライン3、フィーダライン3
a、メータイン油路10a、給排ライン11aを通って
アームシリンダ5aのボトム側に流入し、アームシリン
ダ5aを伸長させ、アームシリンダ5aのロッド側から
排出された圧油は給排ライン12a、メータアウト油路
13a、タンクライン6a、補助弁25、タンクライン
6を通ってタンク26に流れ落ちる。これによりアーム
44がQ位置に向かって矢印U方向にクラウド動作す
る。
【0028】ここで、アーム44がP位置からQ位置に
向かって移動するとき、アーム44の自重等によりアー
ムシリンダ5aには伸長動作を加速せしめる慣性負荷、
即ちネガティブロードが作用し、アームシリンダ5aの
ロッド側の圧力P2が高くなり、方向制御弁4aのメー
タアウト油路13aの通過流量が多くなる。このとき、
コントローラ24では、操作レバー90aのレバースト
ローク信号x及びアームシリンダ5aのメータアウト圧
mo(ロッド側の圧力信号P2)に基づいて、アームシ
リンダ5aの伸長速度が操作レバー90aの操作量に応
じた速度よりも大きくならないように補助弁25を絞る
ための制御信号を演算し、この制御信号を補助弁25に
出力する。したがって、アームシリンダ5aにネガティ
ブロードが作用しても、アームシリンダ5aは操作レバ
ー90aの操作量に応じた速度で伸長する。
【0029】一方、アーム44が後方にかかえ込まれた
図10に示すR位置にある状態から、パイロットバルブ
9aの操作レバー90aをa2側に操作すると、その操
作量に応じたパイロット圧が方向制御弁4aのパイロッ
ト圧力作用部4a2に導かれ、方向制御弁4aはそのパイ
ロット圧に応じた切換量だけ切換位置Aに切り換わり、
油圧ポンプ2からの圧油はポンプライン3、フィーダラ
イン3a、メータイン油路10a、給排ライン12aを
通ってアームシリンダ5aのロッド側に流入し、アーム
シリンダ5aを収縮させ、アームシリンダ5aのボトム
側から排出された圧油は給排ライン11a、メータアウ
ト油路13a、タンクライン6a、補助弁25、タンク
ライン6を通ってタンク26に流れ落ちる。これにより
アーム44がQ位置に向かって矢印V方向にダンプ動作
する。
【0030】ここで、アーム44がR位置からQ位置に
向かって移動するときも、上記と同様アーム44の自重
等によりアームシリンダ5aには収縮動作を加速せしめ
るネガティブロードが作用し、アームシリンダ5aのボ
トム側の圧力P1が高くなり、メータアウト油路13a
の通過流量が多くなる。このとき、コントローラ24で
は、操作レバー90aのレバーストローク信号x及びア
ームシリンダ5aのメータアウト圧Pmo(ボトム側の圧
力信号P1)に基づいて、アームシリンダ5aの収縮速
度が操作レバー90aの操作量に応じた速度よりも大き
くならないように補助弁25を絞るための制御信号を演
算し、この制御信号を補助弁25に出力する。したがっ
て、この場合にも、上記と同様にアームシリンダ5aに
ネガティブロードが作用しても、アームシリンダ5aは
操作レバー90aの操作量に応じた速度で収縮する。
【0031】以上のように本実施形態にあっては、アー
ムシリンダ5aの伸長時だけでなく収縮時においても、
負荷圧の変化にかかわらず、アームシリンダ5aを操作
レバー90aの操作量に応じた速度で動作させることが
できる。したがって、砂を均等に振りまく作業を行う場
合、アームシリンダ5aを縮退させてアームダンプさせ
るときに、オペレータがバケット45の動作を見ながら
慎重に操作レバー90aを操作する必要がなくなり、オ
ペレータの負担が軽減するとともに、砂を確実に均等に
振りまくことができる。また、圧力補償弁をアームシリ
ンダ5aの伸び側及び縮み側の両方に設ける必要がない
ため、構造が簡単である。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、アクチュエータの動作
方向がいずれであっても、簡単な構造で、負荷の大小に
影響されずにアクチュエータを操作レバーの操作量に応
じた速度で動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による油圧駆動制御装置の
回路図である。
【図2】図1に示す油圧駆動制御装置を備えた油圧ショ
ベルの外観図である。
【図3】図1に示すコントローラの制御機能を示す機能
ブロック線図である。
【図4】図1に示すコントローラの制御処理を示すフロ
ーチャートである。
【図5】図3に示す演算出力部の演算処理の詳細図であ
る。
【図6】図5に示す制御弁開口面積演算部での演算に用
いるレバーストローク−制御弁開口面積変換テーブルを
示す図である。
【図7】図5に示すアクチュエータ速度演算部での演算
に用いるレバーストローク−アクチュエータ速度変換テ
ーブルを示す図である。
【図8】図5に示す目標開口面積演算部での演算に用い
る仮想可変絞りを示す図である。
【図9】図5に示す制御信号演算部での演算に用いる補
助弁開口面積−制御信号変換テーブルを示す図である。
【図10】図1に示す油圧駆動制御装置の動作説明図で
ある。
【符号の説明】
1 原動機 2 油圧ポンプ 3 ポンプライン 4a〜4c 方向制御弁 5a アームシリンダ 5b ブームシリンダ 5c バケットシリンダ 6,6a タンクライン 7 パイロットポンプ 9a〜9c パイロットバルブ 10a メータイン油路 11a,12a 給排ライン 13a メータアウト油路 21 角度センサ(レバー操作量検出手段) 22,23 圧力センサ(圧力検出手段) 24 コントローラ(制御手段) 25 補助弁 51 メータアウト圧判定部 52 演算出力部 70 制御弁開口面積演算部(制御弁開口面積演算手
段) 71 アクチュエータ速度演算部(通過流量演算手段) 72 制御弁通過流量演算部(通過流量演算手段) 73 目標開口面積演算部(補助弁開口面積演算手段) 74 補助弁開口面積演算部(補助弁開口面積演算手
段) 75 制御信号演算部(出力演算手段)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】油圧ポンプと、この油圧ポンプからの圧油
    によって駆動されるアクチュエータと、操作レバーの操
    作方向と操作量に応じて前記アクチュエータに供給され
    る圧油の方向及び流量を制御する方向制御弁と、この方
    向制御弁をタンクに接続するタンクラインとを有する油
    圧駆動制御装置において、 前記タンクラインに設けられ、前記アクチュエータから
    の戻り油の流量を補助的に制御する補助弁と、 前記アクチュエータの給排ラインの圧力を検出する圧力
    検出手段と、 前記操作レバーの操作量を検出するレバー操作量検出手
    段と、 前記圧力検出手段により検出された圧力から前記アクチ
    ュエータのメータアウト圧力を決定し、このメータアウ
    ト圧力と前記レバー操作量検出手段により検出された操
    作レバーの操作量とに基づいて、前記アクチュエータが
    前記操作レバーの操作量に応じた速度で駆動するよう前
    記補助弁を制御する制御手段とを有することを特徴とす
    る油圧駆動制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の油圧駆動制御装置におい
    て、前記制御手段は、前記レバー操作量検出手段により
    検出された操作レバーの操作量から前記方向制御弁のメ
    ータアウト絞りの開口面積を演算する制御弁開口面積演
    算手段と、前記レバー操作量検出手段により検出された
    操作レバーの操作量から前記方向制御弁の目標通過流量
    を演算する通過流量演算手段と、前記アクチュエータの
    メータアウト圧力、前記制御弁開口面積演算手段により
    求めた方向制御弁のメータアウト絞りの開口面積及び前
    記通過流量演算手段により求めた方向制御弁の目標通過
    流量から、前記アクチュエータを前記操作レバーの操作
    量に応じた速度で駆動するための前記補助弁の目標開口
    面積を演算する補助弁開口面積演算手段と、この補助弁
    開口面積演算手段により求めた補助弁の目標開口面積に
    応じた制御信号を演算し、補助弁に出力する出力演算手
    段とを有することを特徴とする油圧駆動制御装置。
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