CN1487155A - 摆动式液压挖掘机的摆动控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摆动式液压挖掘机的摆动控制装置。其是可以低成本地减低摆动的行程末端处的冲击的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置。为此，摆动控制装置，具有检测由摆动驱动机构(17)所摆动驱动的作业机(4)的摆动角度(α)进入行程末端之前的规定角度(β0)范围的情况的摆动角度检测器(20)，基于从摆动角度检测器(20)输入的摆动角度信号(α)输出从距离摆动的行程末端规定角度(β0)之前的位置(αL0、αR0)开始向行程末端逐渐减少摆动速度(ω)的减速指令(iA、iB)的控制器(40)。

Description

摆动式液压挖掘机的摆动控制装置
技术领域
本发明涉及具有能够使基端部左右摆动地装设于上部回转体的前端部的作业机的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置。
背景技术
近年来，市区里的挖掘工程增多，是在沿着墙根的沟挖掘或道路路缘工程等中，可以由具有能够挖掘从车身宽度中心向左右错开的位置的摆动动臂式作业机的液压挖掘机等进行作业。
例如，日本特开63-206535号公报中所述的那种摆动动臂式作业机，利用通过摆动缸摆动驱动支持作业机基端部的摆动托座，作业机总体被左右摆动驱动。而且，通过使该作业机的摆动与上部回转体的回转结合，使作业机前端的铲斗位置左右错开移动成为可能。由于在摆动动臂式作业机的情况下，与具有平行联杆机构的偏置动臂式的作业机相比轻便，所以有作业速度提高，车身稳定性改善，作业量增加这样的优点。
可是，在上述现有技术中，存在着以下所述的问题。也就是说，虽然为了提高作业能力，通常，以摆动驱动最大速度来操作，但是因在作业机到达摆动的行程末端时发生的冲击产生超载而恶化作业性。这里，所谓用最大速度来操作，是指在把摆动操作踏板踩下到极限的状态来操作，此外所谓到达摆动的行程末端，是指到达摆动缸的行程末端。虽然在小型机种中问题不大，但是如果成了中型机种则即使是所谓摆动动臂式作业机也因为笨重而惯性大，故行程末端处的冲击变大。因此，冲击和与之相伴的振动不仅对于操作者来说使舒适性或操作性恶化，而且因为冲击以摆动机构为中心引起过大的冲击载荷作用，故对于液压挖掘机来说也成为故障的原因。
作为缓和该摆动的行程末端处的冲击的方法，可以考虑采用在行程末端具有设置有节流的缓冲机构的摆动缸。可是，该缓冲机构，存在着得到想要的缓冲性能的开发中需要很大的工作量，并且特别是节流的加工的成本非常高这样的问题。
发明内容
本发明，是着眼于上述问题而作成的，其目的在于提供一种可以低成本地减低摆动的行程末端处的冲击的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置。
为了实现上述目的，本发明的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置采取如下的构成：在具有把基端部通过摆动销可以左右摆动地装设于上部回转体的前端部，并通过摆动驱动机构摆动驱动的作业机的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置中，具有检测作业机的摆动角度进入行程末端之前的规定角度范围的情况的摆动角度检测器，以及基于从摆动角度检测器输入的摆动角度信号，输出从距离摆动的行程末端规定角度之前的位置开始向行程末端逐渐减小摆动速度的减速指令的控制器。
利用该构成，则由于从摆动的行程末端之前的规定角度开始随着接近行程末端摆动速度逐渐减小，所以可以大幅度地降低行程末端处的冲击。由此，可以提高操作者的舒适性或操作性，此外可以防止过大的冲击载荷作用于液压挖掘机。
在摆动控制装置中，也可以使摆动驱动机构由液压执行器构成；并具有根据操作量控制供给到液压执行器的压力油的流量的操作阀，和能够控制用于操作操作阀的液控压力的比例电磁阀；控制器把摆动速度的减速指令输出到比例电磁阀而控制操作阀的流量。利用该构成，则由于不用特殊的装置构成控制系统，用具有通用性的比例电磁阀进行减速控制，所以成为低成本的装置。
在摆动控制装置中，也可以具有，检测作业机的摆动速度的摆动速度检测机构；控制器在检测到的摆动速度超过规定速度时输出减速指令。利用该构成，则仅在摆动速度大于规定速度而行程末端处的冲击变大的情况下进行摆动速度的减速控制。由此，由于在摆动速度慢的情况下不进行减速控制，即使在行程末端附近也可以根据操作者的操作进行摆动操作，所以操作性好。
在摆动控制装置中，也可以将开始摆动速度的减速的位置，取为与摆动速度无关的固定位置。利用该构成，则由于把开始摆动速度的减速控制的位置取为固定位置，所以控制单一，并且操作者的操作感觉上也容易熟悉。
在摆动控制装置中，也可以将摆动销上下分割地装设；摆动角度检测器连接设置于被分割的摆动销内上侧的摆动销的下端部。利用该构成，则摆动角度检测器配置于上下两根摆动销的上侧的销子的下方。由此，因为没有由于来自上方的土砂等落下物引起破损的危险，此外也没有由于地面的钢筋或树枝等的弹起引起破损的危险，故没有必要设置罩子等，降低了成本。
附图说明
图1是本发明的第1实施例的摆动式液压挖掘机的侧视图；
图2是第1实施例的摆动式液压挖掘机的平面图；
图3是第1实施例的摆动机构的说明图；
图4是由第1实施例的摆动式液压挖掘机进行的侧沟挖掘作业的说明图；
图5是第1实施例的摆动角度传感器装设部的侧视图；
图6是图5的摆动角度传感器装设部的构成构件说明图；
图7是第1实施例的摆动驱动系统的方框图；
图8是第1实施例的控制器的输出特性图；
图9是第1实施例的动作的说明图；
图10A～图10C是与第1实施例为不同形态的控制器的输出特性图，图10A是指令信号随着接近于行程末端，从100％渐减到m％的例子，图10B是减速控制区域遵循正弦曲线的例子，图10C是根据摆动速度使减速控制的开始位置变化的例子；
图11是本发明的第2实施例的摆动驱动系统的方框图；
图12是第2实施例的控制器的输出特性的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图就实施例详细地进行说明。再者，在本说明书中，前后左右和上下的方向，只要未特别说明，分别意味着装设本发明的摆动控制装置的摆动式液压挖掘机的前后左右和上下的各方向。
用图1～图10C，就本发明的第1实施例进行说明。如图1和图2所示，液压挖掘机1具有在左右具有履带式行驶装置的下部行驶体2，和回转自如地装设于下部行驶体2的上部的上部回转体3，以及装设于上部回转体3的前端部的作业机4。在上部回转体3的前部左侧搭载着驾驶室5，并且在上部回转体3的后端部搭载着配重6。后方为小回转型的液压挖掘机1的上部回转体3的后部，成为大致半圆的圆筒形以便在规定的最大半径内能够回转。
作业机4具有把基端部起伏自如地装设于摆动托座10的动臂11，和把基端部转动自如地装设于动臂11的前端部的斗杆12。作为作业用工具的铲斗13把其基端部转动自如地装设于斗杆12的前端部。作业机4还包括夹装于摆动托座10与动臂11之间的动臂缸14，夹装于动臂11与斗杆12之间的斗杆缸15，以及夹装于斗杆12与铲斗13之间的铲斗缸16。通过这些液压缸14、15、16的伸缩驱动，作业机4被驱动。
支持成为作业机4的基端部的动臂11的摆动托座10，如图3中所示，通过上下方向的销子9能够在左右方向上摆动地装设于设在上部回转体3的前端部上设置的支持托座8上。而且，通过夹装于从摆动托座10向右侧(图3的上侧)突出设置的杠杆10a的前端部与上部回转体3之间的摆动缸17的伸缩驱动，作业机4与摆动托座10一起被摆动驱动。
如上所述，液压挖掘机1是具有摆动式作业机4的摆动式液压挖掘机。因此，例如如图4中所示，可以以摆动角度α0向左摆动驱动作业机4，以与摆动方向相反的向右大致成为角度α0的回转角度θ0回转驱动上部回转体3。由此，可以把作业机4的前端位置从车身宽度中心错开移动，可以容易地进行沿着车身右侧的墙根的沟挖掘。
接下来，用图5就检测作业机4的左右方向的摆动角度α的摆动角度传感器20进行说明。将摆动托座10安装在支持托座8上的销子9由上下两根销子9A、9B组成，在同轴的上下两处摆动自如地连接摆动托座10与支持托座8。在与摆动托座10成为一体地旋转的上侧的销子9A的下方，配置着摆动角度传感器20。参照图6，即，在从支持托座8向前突出设置的板状的传感器固定部8a上，经由安装托架21装设有以电位器为主体而构成的摆动角度传感器20，使其旋转轴20a与销子9A的轴同轴。在旋转轴20a上装设着杠杆22，杠杆22的前端部与安装于销子9A的下端的平板23的端部上竖立设置的立柱24接合，由此检测销子9A的旋转(摆动托座10的摆动)角度α。
如图7中所示，以发动机30为驱动源而旋转的变量型液压泵31和发生液控压力的液压泵32的输出侧分别连接于管路33、34。管路33连接于摆动操作阀35和另一个操作阀(图中未示，可以为例如动臂操作阀或回转操作阀等)，把从液压泵31所输出的压力油供给到这些操作阀。摆动操作阀35经由二次侧管路36A、36B连接于摆动缸17。
管路34连接于由摆动操作踏板37所操作的先导阀38和另一个先导阀(图中未示，可以为例如动臂操作用先导阀或回转操作用先导阀等)，把从液压泵32所输出的液控压力供给到这些先导阀。先导阀38具有减压部38a、38b。减压部38a经由控制管路39A连接于摆动操作阀35的操作部35a，控制所供给的液控压力而切换摆动操作阀35，使摆动缸17伸长(左摆动)。减压部38b经由控制管路39B连接于摆动操作阀35的操作部35b，控制所供给的液控压力而切换摆动操作阀35，使摆动缸17缩短(右摆动)。
在控制管路39A和控制管路39B上分别插装有由来自控制器40的指令信号iA、iB驱动的比例电磁阀41A、41B。摆动角度传感器20连接于控制器40。基于来自摆动角度传感器20的角度信号α运算并输出对比例电磁阀41A、41B的指令信号。
如图8中所示，如令距离左行程末端规定角度β0之前的位置为位置αL0，则对于能够控制左摆动的液控压力的比例电磁阀41A的指令信号iA(由单点划线表示)在从位置αL0到右行程末端的范围内取为100％的输出信号(也就是，比例电磁阀41A的开口全开)。此外，指令信号iA取为随着从位置αL0接近于左行程末端根据摆动角度从100％渐减到0％的特性。另一方面，如令距离右行程末端规定角度β0之前的位置为位置αR0，则对于能够控制右摆动的液控压力的比例电磁阀41B的指令信号iB(由实线表示)在从αR0到左行程末端的范围内取为100％的输出信号(也就是，比例电磁阀41B的开口全开)。而且，取为随着从位置αR0接近于右行程末端根据摆动角度从100％渐减到0％的特性。再者，规定角度β0设定为一定范围之内，从而，即使摆动速度最大时也可减为慢摆动速度，使行程末端处不发生造成问题的冲击。
用图9来说明上述构成的动作。在摆动行程的中间部，由于比例电磁阀41A、41B的开口量为全开，所以摆动操作阀35由根据摆动操作踏板37的操作量δ的液控压力来操作。由此，摆动缸17经由管路36A或管路36B被供给根据操作量δ的压力油，并伸缩驱动。由此，在摆动行程的中间部，作业机4以基于踏板操作量δ的摆动速度ω摆动驱动。
另一方面，例如在左侧的行程末端附近，即使摆动操作踏板37的操作量δ为恒定，随着接近于左行程末端，管路39A的液控压力由比例电磁阀41A节流而进行减压。因此，摆动操作阀35操作量减小，由此摆动缸17的伸长速度与经由管路36A所供给的压力油的减少一起减速并在左行程末端停止。右侧的行程末端附近也是同样的。
由此，由于在摆动的行程末端之前的规定角度β0的范围内向着行程末端摆动速度ω渐减而在行程末端停止，所以可以防止行程末端处的冲击。由于把开始摆动速度ω的减速控制的位置取为距离行程末端角度β0之前的位置αL0、αR0，所以控制单一，并且操作者容易熟悉操作感觉。由于构成控制系统中不采用特殊的装置，采用具有通用性的比例电磁阀41A、41B和电位器(摆动角度传感器20)来构成，所以成为低成本的装置。由于摆动角度传感器20配置于上下两根销子9A、9B的上侧的销子9A的下方，所以没有由从上方的土砂等落下物引起的破损的危险，此外，因为没有由从地面一侧的钢筋或树枝的弹起引起的破损的危险，故没有必要设置罩子等，降低了成本。
在第1实施例中，用对于比例电磁阀41A、41B的指令信号iA、iB随着从规定角度β0之前的位置αL0、αR0接近于行程末端，从100％渐减到0％的例子进行了说明。但是即使在行程末端处设定成0％输出，因误差等的影响也有时在行程末端之前停止，因此如图10A中所示，最好是取为从100％渐减到m％的特性。这里，m％是例如5％左右的输出，其产生使行程末端处的冲击不造成问题的摆动速度ω。这样一来，可以把到达行程末端时的摆动速度ω抑制为微速而减小发生的冲击。
减速控制区域不仅是线性特性，也可以如图10B中所示，取为遵循正弦曲线的输出特性，也可以是近似于该正弦曲线的折线状的输出特性。这样一来，减速开始时等的变速时的冲击变得极小，可以提高操作者的舒适性。
虽然用从固定位置αL0、αR0开始摆动速度ω的减速控制的例子进行了说明，但是如图10C中所示，也可以根据摆动速度ω使摆动速度ω的减速控制的开始位置αL、αR变化。也就是说，摆动速度ω的减速控制的开始位置αL、αR在因摆动操作踏板37的最大踏下状态而摆动速度ω最大时，取为行程末端之前的角度β1的位置αL1、αR1。此外，基于来自摆动角度传感器20的摆动角度信号α，根据由摆动速度检测机构42所计算的摆动速度ω，设定靠近行程末端的位置αL2、αL3、…、αR2、αR3、…。这样一来，可以确保使不根据摆动速度ω进行减速控制的区域，即跟踪操作者的操作的摆动区域很宽。
用来判定减速控制区域的摆动角度检测，不限于电位器，也可以用编码器，也可以用限位开关。在限位开关的情况下，只要根据时间输出以便成为与以最大速度动作时的减速指令相同的减速加速度就可。
接下来，用图11、12就本发明的第2实施例进行说明。虽然在第1实施例中，是采用由摆动操作踏板37所操作的先导阀38的液压控制式的驱动系统的例子，但是在第2实施例中，把本发明运用于采用电气地检测摆动操作踏板37的操作量的检测器的电气控制式的驱动系统。再者，对与第1实施例相同的构成赋予同一标号，省略其说明。
如图11中所示，来自检测摆动操作踏板37的操作量的踏板操作量传感器48的踏板操作量信号δ，和来自摆动角度传感器20的摆动角度信号α输入控制器50。控制器50基于所输入的信号δ、α，运算并输出对于设在分别连接摆动操作阀35的操作部35a、35b与液压泵32的控制管路49A、49B的比例电磁阀51A、51B中的指令信号iA、iB。
如图12中所示，把与摆动踏板操作量δ大致成比例的摆动指令基准值SA、SB，乘以具有与在图8或图10A～图10C中说明的输出特性同样特性的增益特性κA、κB，作为指令信号iA、iB输出。在第2实施例的电气控制式的驱动系统中，也可以得到与第1实施例的液压控制式的驱动系统的情况下同样的作用效果。进而，由于通过在标准的电气控制式的驱动系统上追加摆动角度传感器20可以构成能够进行减速控制的摆动控制装置，所以得到成本非常低的控制装置。
再者，本发明不限定于上述实施例，也可以在本发明的范围内加以变更或修正。在上述实施例中，用与摆动速度ω的大小无关地在摆动的行程末端附近处进行摆动速度ω的减速控制的例子进行了说明。但是，也可以在摆动速度ω小于规定速度ω0的情况下，不进行图8或图10A～图10C等中说明的基于渐减的特性的运算，在全范围内使指令信号iA、iB为100％的输出信号。此外检测用于该判定的摆动速度ω的摆动速度检测机构42，可以基于来自摆动角度传感器20的摆动角度信号α来计算摆动速度ω，也可以另外设置测速发电机等进行检测。
由此，即使处于行程末端附近在摆动速度ω低于规定速度ω0的情况下不进行上述减速控制，摆动缸17以根据操作量δ的速度伸缩驱动。作为规定速度ω0设定成为使在行程末端处不产生造成问题的冲击的值，由此仅在摆动速度ω大于规定速度ω0而行程末端处的冲击变大的情况下，进行摆动速度ω的减速控制。由此，在摆动速度ω慢的情况下不进行减速控制，即使在行程末端附近也可根据操作者的操作进行摆动操作。
不由规定速度ω0来判断减速控制的有效无效，也可构成为在第2实施例的踏板操作量信号δ小于规定操作量δ0的情况下不进行减速控制。在图7中通过另外设置检测摆动操作踏板37的操作量的检测器，在第1实施例中也可进行同样的控制。此外，在图7的控制管路39A、39B中设置压力传感器(或压力开关)，构成为在超过规定压力的情况下不进行减速控制也得到同样的作用效果。
代替发生液控压力的液压泵32，也可在管路33中设置减压阀而得到液控压力。也可以在控制器40、50上连接具有开关或电位器的调整器，操作者能够根据喜好调整输出特性的角度β0或m％等的值。进而，摆动驱动机构不限定于液压缸17，也可以是液压马达、电动机、电动缸等。在电动机或电动缸的情况下，可以在控制器中经由伺服放大器进行速度控制。
如上所述，根据本发明，则由于在摆动的行程末端处随着接近于摆动行程末端，渐减作业机的摆动速度，所以可以减低摆动行程末端处的冲击。此外，由于仅在摆动速度快而行程末端处的冲击变大的情况下，进行摆动速度的减速控制，所以在摆动速度慢的情况下即使在行程末端附近也可根据操作者的操作进行摆动操作。

Claims (5)

1.一种摆动式液压挖掘机的摆动控制装置，是具有把基端部通过摆动销可以左右摆动地装设于上部回转体的前端部，并通过摆动驱动机构摆动驱动的作业机的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置，其特征在于：其具有检测上述作业机的摆动角度进入行程末端之前的规定角度范围的情况的摆动角度检测器；以及基于从上述摆动角度检测器输入的摆动角度信号，输出从距离摆动的行程末端规定角度之前的位置开始向行程末端逐渐减小摆动速度的减速指令的控制器。
2.如权利要求1所述的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置，其特征在于：上述摆动驱动机构由液压执行器构成；具有根据操作量控制供给到上述液压执行器的压力油的流量的操作阀，和能够控制用于操作上述操作阀的液控压力的比例电磁阀；上述控制器把摆动速度的减速指令输出到上述比例电磁阀从而控制上述操作阀的流量。
3.如权利要求1所述的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置，其特征在于：还具有检测上述作业机的摆动速度的摆动速度检测机构；上述控制器在检测到的摆动速度超过规定速度时输出上述减速指令。
4.如权利要求1所述的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置，其特征在于：开始摆动速度的减速的位置，取为与摆动速度无关的固定位置。
5.如权利要求1～4中任一项所述的摆动式液压挖掘机的摆动控制装置，其特征在于：上述摆动销上下分割地装设；上述摆动角度检测器连接设置于上述被分割的摆动销内上侧的摆动销的下端部。
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