JPS595166B2 - ポンプ制御油圧回路の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はポンプ制御油圧回路、特に油圧ポンプと複数個
のアクチュエータとを閉回路で接続したポンプ制御油圧
回路の制御方法に関するものである。

油圧ショベル等の建設機械においては、アーム、アーム
バケットなどの可動部材は油圧アクチュエータによって
動作される。

このアクチュエータの操作油圧回路には、省エネルギー
の面から、複数個の両頌転油圧ポンプに、切換弁を介し
てそれぞれ１個もしくは２個の油圧アクチュエータを閉
回路接続したものが使用されつつある。

そしてこの種の油圧回路は各アクチュエータに対応する
操作レバーにより切換弁を切換えると共に、油圧ポンプ
の斜板傾転量を制御して、油圧ポンプからの圧油を所定
のアクチュエータに供給するものであるが、操作レバー
を急速に操作した場合、油圧ポンプの斜板傾転速度も急
速に作動するようになっている。

このようなアクチュエータの速度の急速な変ｆヒは、例
えば慣性の大きな可動部材を駆動および停止する場合に
、この可動部材に対して加速度および減速度として作用
するので、可動部材は円滑に動作せず、ショックを生ず
る。

この結果、操作性が良好でないという欠点があった。

本発明は上記の事柄にもとづいてなされたもので、操作
性の良いポンプ制御油圧回路の制御方法を提供すること
を目的とするものである。

本発明の特徴とするところは、切換弁を介して両頌転油
圧ポンプを複数個のアクチュエータに閉回路接続し、各
アクチュエータに対応する操作レバーの操作により、前
記切換弁を切換えおよび両順転油圧ポンプの斜板順転量
を制御するポンプ制御油圧回路において、前記操作レバ
ーの操作によるポンプの斜板傾転速度の最大値を、各ア
クチュエータの動作に適するように設定した斜板傾転速
度の範囲内であるか否かをサンプリング周期毎に判別し
、この判別により斜板傾転速度の最大値を、設定した斜
板傾転速度に制御して、アクチュエータの加速度を制限
するものである。

以下本発明を図面に示す実施例について説明する。

第１図は本発明の制御方法の一例を適用したポンプ制御
油圧回路の全体構成を示す図である。

図において、１，２は油圧シリンダ、３は両頌転油圧ポ
ンプ、４は油圧ポンプ３の斜板順転制御装置、５は油圧
ポンプ３と油圧シリンダ１，２とを接続する閉回路中に
設けた切換弁、６は油圧シリンダ１の操作レバー、７は
操作レバー６の操作量検出器、８は油圧シリンダ２の操
作レバー、９は操作レバー８の操作量検出器、１０は油
圧ポンプ３の斜板の順転量を検出する変位計、１１は切
換弁制御回路で、油圧シリンダ１，２との結合の優先順
位を判定し、この判定により切換弁５に位置切換信号を
出力する。

この例では、油圧ポンプ３と油圧シリンダ１との結合関
係に対して優先順位を高くしである。

１２はポンプ制御回路で、レバー操作量、切換弁制御回
路１１および変位計１０の出力に基づいて各油圧シリン
ダ１，２に適した斜板傾転速度を演算し、この演算値を
斜板順転制御装置４に出力する。

この切換弁制御回路１１およびポンプ制御回路１２は第
２図および第３図に示すフローチャートに沿って演算処
理を実行する。

この演算処理については後述する。

１３はチャージポンプ、１４はチャージポンプ１３のリ
リーフ弁１５はチャージポンプ１３の出口側に設けたチ
ェック弁、１６はフラッシング弁、１７はフラッシング
弁１６の戻りポートに設けたリリーフ弁、１８は油圧ポ
ンプ３のリリーフ弁である。

次に上述した構成において、その制御方法を第２図、第
３図に示す演算処理フローチャートおよび第４図に示す
タイミングチャートを用いて説明する。

最初に本発明の制御方法を適用した場合の油圧ポンプ３
および切換弁５の動作を第４図のタイミングチャートに
よって説明する。

第４図において、Ａは操作レバー８の操作量、Ｂは操作
レバー６の操作量、Ｃは油圧ポンプ３の斜板順転量、Ｄ
は切換弁５のｂ位置への切換え信号、Ｅは切換弁５のａ
位置への切換え信号を示す。

この第４図のタイムチャートは時刻ｔ１ において操
作レバー８を短時間で中立から最大操作量まで引いたの
ち、時刻ｔ２において操作レバー６を、短時間で中立か
ら最大操作量まで引き、時刻ｔ３において操作レバー６
を短時間で中立位置に戻し、更に時刻ｔ４ において操
作レバー８を短時間で中立位置に戻した場合を示してい
るものである。

まず時刻ｔ１以前の制御開始時には操作レバー６および
操作レバー８ばともに中立位置にあるから油圧ポンプ３
の斜板は中立にあり（Ｃ）、切換弁５の位置も中立にあ
る（ＤおよびＥ）。

次に時刻ｔ１ で操作レバー８を急激に最大操作量ま
で引くと、切換弁５は第１図に示すａ位置に切換わり、
油圧ポンプ３と油圧シリンダ２とが結合する。

そして、油圧ポンプ３の斜板順転量は油圧シリンダ２の
動作に適した最大速度で増加する。

このとき、油圧ポンプ３の斜板傾転速度は油圧シリンダ
２の加速度に対応するものであり、油圧シリンダ２の駆
動する負荷の慣性が小さい場合には斜板傾転速度の最大
値は高く設定されており、操作レバー８の操作に対して
油圧シリンダ１は適正な加速度で加速される。

次に時刻ｔ２ で操作レバー６を操作すると、前述の
ごとく、油圧ポンプ３と油圧シリンダ１との結合の優先
順位を高く決めであるため、油圧ポンプ３と油圧シリン
ダ２との結合を解き、油圧ポンプ３は油圧シリンダ１に
結合させなければならない。

しかし、その切換えを即座に行なうと、激しいショック
が発生する。

このため、まず、切換弁５の切換え位置をａ位置に保持
したままで、油圧ポンプ３の斜板順転量を減じ、中立ま
で戻してやる。

このときの斜板傾転の減少速度は油圧シリンダ２の減速
度に対応するため、加速時の場合と同様に、油圧シリン
ダ２の適正減速度に相当する斜板頌転速度で油圧ポンプ
３の斜板を中立に戻してやる。

そして、斜板が中立に戻った後に切換弁５をｂ位置に切
換えて、油圧ポンプ３を油圧シリンダ１に結合させる。

続いて、今度は油圧シリンダ１を加速するために油圧ポ
ンプ３の斜板傾転量を増加させる。

このときの斜板傾転速度は油圧シリンダ１の加速度に対
応するため、最大斜板傾転速度の適正値は油圧シリンダ
２を加速する場合と異なる。

すなわち、油圧シリンダ１の駆動する負荷の慣性が油圧
シリンダ２のそれよりも大きい場合には最大斜板傾転速
度をより低く設定しなければならない。

時刻ｔ３ で操作レバー６を急激に中立に戻した場合
も、油圧ポンプ３の斜板傾転量の減少速度は油圧シリン
ダ１の減速度に対応した適正な最大値に制御される。

そして、油圧ポンプ３の斜板が中立に戻る払操作レバー
８は引かれたままであるから、切換弁５がａ位置に切換
わって油圧ポンプ３と油圧シリンダ２との結合が復活し
、再び油圧シリンダ２は適正加速度で加速される。

時刻ｔ４ で操作レバー８を急激に中立位置に戻１−だ
場合も油圧シリンダ２は適正減速度で減速し、油圧ポン
プ３が中立に戻った後に、切換弁５もｎ位置（中立位置
）に戻る。

以上、操作レバー６および８を急激に操作した場合を例
にとって、本発明の制御方法を適用したときの油圧ポン
プ３および切換弁５の動作を説明したが、操作レバー６
および操作レバー８の操作が緩やかに行なわれた場合に
は、油圧ポンプ３の斜板傾転量は操作レバー６および操
作レバー８の操作量に追従して、緩やかに変化すること
は勿論である。

次に上述の動作を実現するための制御方法を第２図およ
び第３図のフローチャートを用いて説明する。

第２図において、一点鎖線を示す右側のルーチンは、左
側のルーチンの破線内の実行手順が切換弁５ａＯＮに代
わることを除いては左側のルーチンの破線内のものと同
じであるので省略しである。

まず第４図に示した時刻ｔ１以前の制御開始時において
は操作レバー６および操作レバー８はともに中立位置に
あるので、切換弁制御回路１１およびポンプ制御回路１
２は左側のルーチンに沿って演算処理の実行を開始する
。

まず、このルーチンの初期設定を行なう。

これは、本発明の制御方法では切換弁５の切換えを、前
述の如く、油圧ポンプ３の斜板を中立に戻してから行な
っている。

そのために斜板順転の中立を判定する手順が後の方にあ
り、斜板順転が中立になると、順転中立の判定完了フラ
グを立てるようにしている。

初期設定とは、右側のルーチンから左側のルーチンへ入
ったときには、との順転中立の判定完了フラグをクリア
することを意味するものであり、引続き左側のルーチン
を繰返し実行する場合にはこの手順を飛ばして、次の手
順へ移る。

次の手順は斜板順転の中立判定である。

第４図の時刻ｔ１以前では斜板順転は中立であるから、
順転中立の完了判定フラグを立てる。

次に再び斜板順転の中立を判定するが、当然斜板は中立
にあるので、切換弁５を中立位置（ｎ位置）にするだめ
の信号を出力する。

このため、油圧ポンプ３は油圧シリンダ１にも、また油
圧シリンダ２にも結合していない状態となっている。

次に操作レバー８の操作量に対応した仮の傾転指令を出
力するが、操作レバー８は中立位置にあるので、斜板最
大速度制限制御を経て、斜板制御装置４には斜板傾転速
度の指令が出力される。

この一連の演算処理は、あるサンプリング時間ΔＴに１
回の割合で繰返し行なわれている。

次に第４図に示した時刻ｔ□ で操作レバー８を中立か
ら最大操作量まで急激に操作すると、優先順位判定手順
によって、演算処理は第２図に示す右側のルーチンに移
って実行される。

すなわち、このルーチンの初期設定と斜板順転の中立判
定の手順を行ない、切換弁５をａ位置に切換える信号を
切換弁５に出力する。

次に操作レバー８の操作量を仮の順転指令量Ｘとして、
斜板最大速度制限制御ルーチンへ出力する。

この斜板最大速度制限制御の演算処理は第３図に示すフ
ローチャートに沿って実行される。

第３図において、前述したレバー操作量による仮の順転
指令量Ｘは、１回前に実行された演算処理において斜板
制御装置４に出力された順転指令量Ｙと比較されて、そ
の偏差Ｚ（＝Ｘ−Ｙ）が求められる。

一方、切換弁５の位置を判定して、１サンプリング時間
当りの斜板傾転量の適正最大増分量ΔＹを撰択する。

すなわち、切換弁５がｂ位置のときには適正最大増分量
ΔＹとして油圧シリンダ１に対する適正値ΔＹ１ を
選び、そうでないときにはΔＹとして油圧シリンダ２に
対する適正値ΔＹ２ を選ぶ。

今回は切換弁５はａ位置に切換わっているから、ΔＹ２
を選んでそれを適正最大増分量ΔＹとする。

次に前に演算した偏差Ｚの絶対値と適正最大増分量ΔＹ
とを比較し、Ｉ２１≦ΔＹならば仮の順転指令量Ｘをそ
のまま斜板順転指令量Ｙとして斜板制御装置４へ出力す
る。

Ｚ〉ΔＹのときには次にＺの正負を判定し、２〉０なら
ば１回前の演算処理結果として斜板制御装置４に出力さ
れだ順転指令量ＹにΔＹを加えて。

新たな順転指令量Ｙとして斜板制御装置４に出力する。

またＺくＯの場合には、Ｙ＝Ｙ−ΔＹの演算を実行して
、新たな順転指令量Ｙを斜板制御装置４に出力する。

第４図のタイミングチャートの例では時刻ｔ□ で急激
に操作レバー８を操作した場合であるから、ｌｚｌ＞Δ
Ｙであり、かつ、Ｚ〉０であるから、新たな順転指令量
Ｙば１回前の順転指令量Ｙに適正最大増分量ΔＹ−ΔＹ
２ を加えた値として出力される。

この演算はサンプリング時間ΔＴに１回の割合で実行さ
れるから、油圧ポンプ３の斜板順転量はΔＴの時間間隔
でΔＹ２ ずつ増えてゆく。

したがって斜板の最犬頌転速度はΔＹ２／Ａ Ｔに制限
される。

そして、Ｚ−０すなわちレバー操作量による仮の順転指
令量Ｘと斜板制御装置４へ出力される順転指令量Ｙとが
一致すると、斜板順転量は一定値に保たれる。

次に第４図のタイミングチャートにおける時刻ｔ２
で操作レバー６を操作する払優先順位の判定により、演
算処理は第２図の左側のルーチンへ移る。

そして初期設定に続いて、斜板の中立判定を行なうが、
斜板傾転ばそのとき最大値になっており、当然中立には
ないから、まず斜板を中立に戻すだめの仮の順転指令と
してＸ−０を斜板最大速度制限制御のルーチンへ出力す
る。

このときには切換弁５ばまだａ位置を保持しているから
、適正最大増分量ΔＹとして油圧シリンダ２に対応する
値ΔＹ２ を選択する。

そして、ＩＺ１ンΔＹであり、かつＺくＯであるからＹ
＝Ｙ−ΔＹの演算を行なって斜板制御装置４へ順転指令
量Ｙを出力する。

前にも述べたように、この処理はサンプリング時間ΔＴ
に１回の割合で実行されるから、油圧ポンプの斜板順転
量はΔＴの時間間隔でΔＹ２ずつ減少してゆく。

したがって、このときの斜板頌転速ｉｕ−ΔＹ２／ΔＴ
に制限される。

そして、Ｚ＝Ｏすなわち斜板が中立に戻ると、傾転中立
の判定完了フラグを立て、切換弁を一旦中立位置に戻す
。

続いて操作レバー６による仮の順転指令Ｘを斜板最大速
度制限制御ルーチンへ出力する。

第３図の斜板最大速度制限制御ルーチンでは前と同様に
、Ｚ＝Ｘ−Ｙの演算を行ない、次に切換弁５の位置の判
定を行なう。

このときには切換弁５ばまだｂ位置に切換わっていない
から、斜板順転量の適正最大増分量ΔＹとしてΔＹ２
を、とりあえず選択し、ｌｚｌ＞ΔＹ、Ｚ＞０のルート
を通って斜板制御装置４に順転指令量Ｙ＝ΔＹ２ を
出力する。

次の演算処理サイクルでは第２図の左側のルーチンの初
期設定、中立判定完了の手順を飛ばして破線で囲んだ手
順に移る。

ここで、改めて斜板の中立の判定を行なうが、前のサイ
クルでＹ−ΔＹ２ を出力しているため、中立ではな
いので切換弁５をｂ位置に切換える出力を出し、油圧ポ
ンプ３と油圧シリンダ１とを結合させる。

そして操作レバー６の操作量を仮の順転指令量Ｘとして
斜板最大速度制限制御ルーチンに出力する。

第３図の斜板最大速度制限制御ルーチンでは前と同様に
偏差Ｚを演算する。

次に切換弁５はすてにｂ位置へ切換わっているため、斜
板順転量の適正最大増分量ΔＹとして、油圧シリンダ１
に対応して設定したΔＹ１ を選択する。

そして、ｌｚｌ＞Δｙ、ｚ＞ｏのルートを通って、Ｙ＝
Ｙ＋ΔＹの演算を行なって、斜板制御装置４へ順転指令
量Ｙを出力する。

したがって以後の演算処理サイクル毎に油圧ポンプ３の
斜板順転量ばΔＹ１ 刻みで増大し、斜板傾転速度はΔ
Ｙ１／ΔＴに制限される。

このときΔＹ２＞ΔＹ１と設定しておけば、油圧シリン
ダ２を駆動する場合よりも斜板傾転速度は小となる。

そして時刻ｔ□から油圧シリンダ２を加速したときと同
様にＺ＝０、すなわち斜板順転指令量Ｙが操作レバー６
の操作量に対応した仮の順転指令量Ｘと等しくなるまで
油圧ポンプ３の斜板順転量が増大することになる。

次に時刻ｔ３ で操作レバー６を急激に中立に戻した
ときには、第２図のフローチャートの優先順位判定によ
って、演算処理は再び右側のルーチンに移る。

このときは初めに初期設定、斜板中立判定を行なうが、
油圧ポンプ３の斜板順転量Ｙは最大値となっているから
、斜板を中立に戻すために仮の順転指令量としてＸ＝Ｏ
を斜板最大速度制限制御ルーチンに出力する。

このルーチンでは時刻ｔ２ で斜板を中立に戻したとき
と同様の制御を行なうが、切換弁５はｂ位置に切換わっ
ているため、順転量の適正最大増分量ΔＹとしてΔＹ１
を選択し、斜板順転速度は一ΔＹ１／ＡＴに制御さ
れる。

油圧ポンプ３の斜板が中立に戻ると、斜板順転中立の判
定完了フラグを立て、その次に切換弁５を一旦ｎ位置に
戻す。

その後で操作レバー８の操作量に基づく仮の順転指令量
Ｘを斜板最大速度制限制御ルーチンに出力し、再び斜板
順転量の適正最大増分値ΔＹとして油圧シリンダ２に対
応して設定した値ΔＹ２を選択する。

そしてｌｚｌ＞ΔＹ：２＞０のルートを通って斜板制御
装置４に順転量Ｙ＝ΔＹ２ を出力する。

次の演算処理サイクルでは第２図の右側のルーチンの初
期設定、中立判定完了の手順を飛ばして、破線で囲んだ
手順に移り、今度は切換弁５をａ位置に切換えて油圧ポ
ンプ３と油圧シリンダ２を結合させる。

それ以後は時刻ｔ１から油圧シリンダ２を加速した場合
と同様に斜板順転速度をΔＹ２／ＡＴに制御しながら、
斜板順転量を増大させる。

時刻ｔ４ で、操作レバー８が急激に中立位置へ戻さ
れると、第２図のフローチャートの優先順位の判定によ
り演算処理は左側のルーチンへ移る。

この場合も初期設定、順転の中立判定を行ない、斜板最
大速度制限制御ルーチンに斜板順転を中立に戻すだめの
仮の順転指令量としてＸ＝０を出力する。

そして、このときには切換弁５がａ位置にあるから、適
正最大増分量ΔＹとしてΔＹ２ を選択し、ｌｚｌ＞Δ
ｙ、ｚ＜。

のルートを通って、油圧ポンプ３の斜板順転速度を一Δ
Ｙ２／ΔＴの値に制御しながら、斜板順転量を中立まで
減少させる。

そして油圧ポンプ３の斜板が中立に戻ったら切換弁５を
ｎ位置に切換えて、油圧ポンプ３と油圧シリンダ２との
結合を断つのである。

なお上述の実施例は斜板順転速度の最大値ΔＹ／ΔＴを
調整するのに、ΔＴを一定にしておいてΔＹを変えて行
なったか、逆にΔＹを一定の単位増分量としておき、Δ
Ｔを変えることによっても実施することができる。

時間の経過は演算処理のサイクル数で判定することがで
きる。

すなわち、演算処理を１回行なう毎に１ずつ加算される
カウンタを設けておくと、そのカウンタの内容がＲにな
ったときには、ΔＴ＝Ｒ・Δｔの時間が経過したことが
わかる。

ここでΔｔは演算処理のサイクルタイムである。

従って、カウンタの内容Ｒと一定の数値Ｎとを比較しＲ
＝Ｎとなったときに斜板順転指令量Ｙを増減するように
しておけば、斜板順転速度の最大値を制御することがで
きる。

上述の考え方による斜板最大速度制限制御のフローチャ
ートを第５図に示す。

第３図の方法で切換弁５の位置によって斜板傾転量適正
最大増分量ΔＹを２゛種類用意してあったのに対して、
ここでは切換弁５の位置に対応させて、カウンタＲの内
容と比較する数値Ｎを２種類用意している。

すなわち、切換弁５がｂ位置にあるときの斜板順転量の
増加タイミングは、ΔＴ１＝Ｎ１Δｔとなり、ａ位置に
あるときの増加タイミングはΔＴ２−Ｎ２Δｔとなる。

従ってＮ１〉Ｎ２としておけば油圧シリンダ１に結合し
たときの油圧ポンプ３の斜板頌転最犬速度は、油圧シリ
ンダ２に結合したときよりも小となる。

本発明のポンプ制御油圧回路の制御方法は、例えば油圧
ショベルなどの建設機械におけるブームおよびパケット
を操作する油圧回路に実施すれば、有効である。

すなわち、第１図に示す油圧シリンダ１をブーム操作用
油圧シリンダとし、油圧シリンダ２をパケット操作用油
圧シリンダとした場合に、パケットを急速に動作させる
ことができるので、パケットの数千作業能率を高めるこ
とができる。

また、ブームの起動、停止時にはブームを緩慢な速度で
動作させることができるので、慣性の大きなブームの起
動、停止時に生ずるショックを防ぐことができる。

また上述の実施例は１個の油圧ポンプに２個の油圧シリ
ンダを切換弁を介して閉回路接続した場合であるが、複
数の油圧ポンプに複数の油圧アクチュエータを切換弁を
介して閉回路接続した場合にも実施することが可能であ
る。

さらに上述の実施例における切換弁制御回路およびポン
プ制御回路をマイクロコンピュータによって実施するこ
とも可能である。

以上詳述したように、本発明の制御方法によれば、各ア
クチュエータに適する動作加速度に対応して、油圧ポン
プの斜板順転の最大速度を制御することかできるので、
操作レバーを急速に操作しても各アクチュエータに高い
油圧力が発生しない。

この結果、リリーフ弁を介してエネルギーを消費する必
要がないので、省エネルギーを達成することができ、ま
た慣性の大きい可動部材を駆動、停止する場合に生ずる
ショックも少なくすることができるので、アクチュエー
タによる駆動される可動部材の操作性および作業性能を
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御方法の一例を適用したポンプ制御
油圧回路の全体構成を示す図、第２図は第１図に示され
る優先順位判定回路および斜板傾転量演算回路で行なう
処理の一例を示すフローチャート、第３図は第２図に示
されるフローチャート中の斜板最大速度制限制御で行な
う処理の一例を示すフローチャート、第４図は第２図お
よび第３図に示される処理を実施した場合の作動説明の
ためのタイムチャート、第５図は第２図に示されるフロ
ーチャート中の斜板最大速度制限制御で行なう処理の他
の例を示すフローチャートである。 １．２・・・・・・油圧シリンダ、３・・・・・・両頌
転油圧ポンプ、４・・・・・・斜板順転制御装置、５・
・・・・切換弁、６・・・・・・油圧シリンダ１の操作
レバー、８・・・・・・油圧シリンダ２の操作レバー、
１０・・・・・・変位計、１１・・・・・・切換弁制御
回路、１２・・・・・・ポンプ制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 切換弁を介して両頌転油圧ポンプを複数個のアクチ
   ュエータに閉回路接続し、各アクチュエータに対応する
   操作レバーの操作により、前記切換弁の切換えおよび両
   頌転油圧ポンプの斜板傾転量を制御するポンプ制御油圧
   回路において、前記操作レバーの操作によるポンプの斜
   板傾転速度の最大値を、各アクチュエータの動作に適す
   るように設定した斜板傾転速度の範囲内であるか否かを
   サンプリング周期毎に判別し、この判別により斜板傾転
   速度の最大値を、設定した斜板傾転速度に制御すること
   を特徴とするポンプ制御油圧回路の制御方法。 ２ 斜板傾転速度の最大値は予め設定される斜板傾転速
   度のサンプリング周期ΔＴを一定とし、その許容増分量
   ΔＹを変えることにより、調整するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のポンプ制御油圧回
   路の制御方法。 ３ 斜板傾転速度の最大値は予め設定される斜板傾転速
   度のサンプリング周期ΔＴを変え、その許容増分量ΔＹ
   を一定とすることにより、調整するようにしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のポンプ制御油圧回
   路の制御方法。