JP2001099106A - 建設機械の油圧シリンダ制御装置 - Google Patents
建設機械の油圧シリンダ制御装置Info
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Abstract
緩衝効果が得られる。 【解決手段】 負荷センサ11によって負荷Wを検出
し、負荷Wが大きくてかつ加速側に作用するシリンダ伸
長作動時に、コントローラ24により可変絞り弁23の
開度を絞って排出側流量を減少させることによりシリン
ダ作動を減速させて緩衝用絞り8による緩衝作用を有効
に働かせるようにした。
Description
設機械に装備された油圧シリンダの緩衝作用を行う建設
機械の油圧シリンダ制御装置に関するものである。
って従来の技術とその問題点を説明する。
スマシン1の前部にブーム2、このブーム2の先端にア
ーム3、このアーム3の先端にバケット4がそれぞれ取
付けられて成り、これらブーム2、アーム3、バケット
4がそれぞれブームシリンダ5、アームシリンダ6、バ
ケットシリンダ7によりそれぞれ駆動されて掘削作業を
行う。
及びバケット4が負荷として作用し、この負荷の重力が
加速側に作用する作動時(伸長作動時)にストロークエ
ンドに達すると衝突音が発生したり、ショベル全体が振
動したりする。
うにアームシリンダ6における縮小側ポート部分に二重
の絞り通路8a,8bを設けて緩衝用絞り8を構成し、
伸長側のストロークエンド近くでこの二つの絞り通路8
a,8bで排出流量を絞ることによりロッド側(伸長
側)油室6aに背圧を発生させ、この背圧による減速作
用によりストロークエンドの衝撃を和らげる緩衝機能を
得るようにしている。図14中、6bはシリンダ6のロ
ッド側(縮小側)油室、6cは同ロッドである。
ョベルを標準仕様から外れた特別仕様で使用する場合に
次のような問題があった。
図13に示すようにアーム先端にバケット4に代えて油
圧開閉式の圧砕機9が装着される。
4と比べると格段に重く(標準的バケット重量の3倍以
上)、アームシリンダ6に作用する負荷の重力と慣性力
も遙かに大きくて設計値を超えるため、伸長作動時に速
度が過大となって緩衝機能が十分働かないことがある。
ド側油室6aにシリンダ耐圧を超える圧力が作用し、あ
るいはストロークエンド時点で大きな衝撃が発生するこ
とによってシリンダ6やアーム3等が破損するおそれが
あった。
2−279838号、同2−279841号両公報に示
されているようにストロークエンド近くでエンジン回転
数やポンプ傾転角を落としてポンプ吐出量(シリンダ供
給流量)を減少させる技術、及び特開昭61−1530
03号公報に示されているように緩衝用絞り8の前後の
差圧が一定値以上になるとコントロールバルブを中立復
帰させてシリンダ供給流量を0にする技術が提案されて
いる。
少させても、負荷重力がシリンダ駆動力となって供給側
管路にキャビテーションが発生し、減速機能は働かない
ため、解決策とはなっていない。
機能が働き、確実な緩衝効果が得られる建設機械の油圧
シリンダ制御装置を提供するものである。
シリンダの作動方向と作動速度がコントロールバルブに
よって制御され、かつ、負荷の重力が加速側に作用する
シリンダ作動時のストロークエンドで、排出側ポートに
設けられた緩衝用絞りにより背圧を発生させて緩衝作用
を得るように構成された建設機械の油圧シリンダ制御装
置において、上記負荷を検出する負荷検出手段と、上記
負荷の重力が加速側に作用するシリンダ作動時における
シリンダ流量を制御する流量制御手段とを具備し、この
流量制御手段は、上記負荷検出手段によって検出された
負荷の大小に応じて、シリンダ速度が大負荷側で低下す
る方向の流量制御を行うように構成されたものである。
て、流量制御手段が、パイロット式の可変絞り弁と、こ
の可変絞り弁の開度を制御するコントローラとによって
構成されたものである。
て、負荷の重力が加速側に作用するシリンダ作動時にお
ける排出側流量の一部を供給側に還流させる再生弁を備
え、この再生弁がコントローラによって制御される可変
絞り弁として構成されたものである。
て、コントロールバルブとしてパイロット式切換弁が用
いられ、流量制御手段が、上記コントロールバルブと、
負荷の重力が加速側に作用するシリンダ作動時における
上記コントロールバルブの開度を制御するコントローラ
とによって構成されたものである。
て、コントロールバルブとして電磁パイロット式切換弁
が用いられたものである。
れかの構成において、コントロールバルブの操作量を検
出する操作量検出手段が設けられ、流量制御手段が、こ
の操作量検出手段によって検出された操作量に応じて、
大操作量側でシリンダ速度が低下する方向の流量制御を
行うように構成されたものである。
れかの構成において、負荷の重力が加速側に作用するシ
リンダ作動時のシリンダストロークを検出するストロー
ク検出手段が設けられ、流量制御手段が、このストロー
ク検出手段によって検出されたストロークに応じて、大
ストローク側でシリンダ速度が低下する方向の流量制御
を行うように構成されたものである。
れかの構成において、流量制御手段が、油圧シリンダの
排出側流量を減少させるとともに供給油量を減少させる
制御を行うように構成されたものである。
大負荷が検出されると、負荷重力が加速側に作用するシ
リンダ作動時に、流量制御手段(請求項2,3では可変
絞り弁、請求項4,5ではコントロールバルブ)によっ
てシリンダ流量(排出側または供給側流量)がシリンダ
減速側に制御されてシリンダ速度が低下する。
減速されるため、ストロークエンドでの緩衝用絞りによ
る緩衝作用が確実に働く。
ンダ速度をポンプ流量によって決まる速度以上に増速す
るための再生弁が設けられた建設機械において、再生弁
を可変絞り弁として利用できるため、回路構成が簡素化
され、実施のためのコストが安くてすむ。
ンダ制御用のコントロールバルブを可変絞り弁として兼
用するため、すべての建設機械に対して容易に低コスト
で適用することができる。
ーラによってコントロールバルブを直接制御でき、これ
らの間に減圧弁等の中間機器が不要となるため、回路構
成をより簡素化することができる。
制御手段による減速作用が、コントロールバルブの操作
量またはシリンダストロークが大きくなるほど強く働く
(小操作量域、小ストロークでは弱い)ため、実際の操
作で多用される操作量またはストロークの比較的小さい
領域では無駄な減速作用が働かず、操作性が良いものと
なる。
排出側及び供給側双方の流量を絞ることによって減速作
用を発揮させるため、減速効果がさらに高くなる。
によって説明する。
わせて油圧ショベルのアームシリンダ6を適用対象とし
て例にとっている。
13のバケット4または圧砕機9とアーム3)、11は
この負荷Wを検出する負荷検出手段としての負荷センサ
で、この負荷センサ11としては負荷重量を検出するロ
ードセルや、図13の圧砕機9の使用時にのみ操作され
るオプションペダル(図示しない)の信号を検出するセ
ンサを用いることができる。あるいは、オペレータによ
る手元スイッチの操作、またはシリンダ保持圧によって
負荷の種別(バケットか圧砕機か)を判別するようにし
てもよい。
り8が設けられ、伸長作動時のストロークエンドでこの
絞り8により排出側流量が絞られて緩衝作用が働く。1
2,13はシリンダ6の両側管路、14,15はこの両
側管路12,13に設けられたリリーフ弁、Tはタン
ク、16はエンジン17によって駆動される油圧ポンプ
である。
路12,13の間には油圧パイロット式切換弁であるコ
ントロールバルブ18が設けられ、レバー19aによっ
て操作されるリモコン弁19の二次圧(リモコン圧)が
パイロットライン20または21を介してコントロール
バルブ18の伸長側パイロットポート18aまたは縮小
側パイロットポート18bに入力されることにより、コ
ントロールバルブ18が中立位置イからシリンダ伸長位
置ロまたは縮小位置ハに切換わってシリンダ6が伸長ま
たは縮小作動する。22はリモコン弁19の油圧源(パ
イロット油圧源)である。
には、流量制御手段を構成する油圧パイロット式の可変
絞り弁(以下、単に絞り弁という)23が設けられ、負
荷Wの重力が加速側に作用するシリンダ伸長作動時に、
コントローラ24からの指令信号によってこの絞り弁2
3が制御される。
サ11によって大負荷(具体的には先端アタッチメント
がバケットでなく圧砕機であること)が検出された場合
に、電磁比例減圧弁25を通じて絞り弁23を開度が小
さくなる方向に制御する。
4が取付けられたショベル標準仕様での使用時には、絞
り弁23は最大開度状態となり、シリンダ伸長作動時の
排出側流量の絞り作用は働かない。すなわち、緩衝用絞
り8によるストロークエンドでの緩衝作用のみが働く。
ケット4に代えて圧砕機9が取付けられる特別仕様で使
用される場合は、負荷センサ11からの信号に基づいて
コントローラ24から信号が出され、絞り弁23の開度
が絞られる。
動の全ストロークを通じてシリンダ6の作動速度が通常
負荷時よりも低下する(減速作用が働く)ため、特別仕
様による大負荷時においてもストロークエンドでの緩衝
作用が確実に働き、シリンダ6やアーム3の破損、ショ
ベル全体の振動の発生が防止される。
まる速度以上の速度でアームシリンダ6を作動させるた
めに、図2に示すように伸長側管路12とタンクTとの
間に、タンク戻り油の一部を伸長側に戻す再生弁26が
設けられる。第2実施形態ではこの再生弁26を絞り弁
として兼用する構成をとっている。
として構成され、排出油をタンクTに戻すタンク側絞り
流路26aと、排出油の一部を伸長側管路12に還流さ
せる還流側絞り流路26bが設けられ、コントローラ2
4により電磁比例減圧弁25を通じて還流側絞り流路2
6bの開度が制御される。
磁比例減圧弁25の二次圧の関係を図3に示している。
側絞り流路26bの開口面積が減少する。従って、二次
圧を高くすると開口面積が減少し、シリンダ供給側流量
が減少するため、シリンダ6の伸長側作動が減速され
る。図3中、A1は絞り流路26bの最大開口面積、A
2は最小開口面積、P1は最大開口面積A1のときの減
圧弁二次圧、P2は最小開口面積A2のときの減圧弁二
次圧を示す。
態と同様に確実な緩衝効果が得られる。
弁26を可変絞り弁として兼用するため、回路構成が簡
素化され、既存の機械にも容易にかつ低コストで実施す
ることができる。
流路26bの開度制御を、リモコン弁19の操作量(コ
ントロールバルブ18の操作量)、及びシリンダ6のス
トロークに応じて行い、かつ、この開度制御と同時にポ
ンプ吐出流量を制御する構成をとっている。
パイロット圧を検出する圧力センサ27,28が設けら
れ、この圧力センサ27,28の検出値がリモコン弁操
作量としてコントローラ24に入力される。
による制御の関係を図4に示す。
ン弁操作量の小さい領域では還流側絞り流路26bの開
口面積が最大値(図3のA1)となるように減圧弁25
の二次圧を最小値P1に設定し、操作量の大きい領域で
開口面積が操作量に対応して漸減し、最大操作量(FU
LL)で最小値(図3のA2)となるように減圧弁二次
圧を最大値P2に制御する。
量域ではシリンダ速度が無制御の場合と変わらず(図の
実線I)、大操作量域でシリンダ速度が低下する(図の
点線II)。図の一点鎖線IIIはこのようなリモコン
弁操作量に対応する制御を行わない第1実施形態の場合
の制御特性を示す。
量域では通常と同じシリンダ速度が得られる一方、大操
作量域では最高シリンダ速度が、制御無しのV1に対し
てV2に制限されるため、良好な操作性を確保しながら
所期のシリンダ緩衝効果を得ることができる。
トロークセンサ29が設けられ、このストロークセンサ
29によって検出されるシリンダストロークがコントロ
ーラ24に入力される。
ークをもとに、図6に示すように緩衝用絞り8の作動領
域S2に到達した際のシリンダ速度がV1からV2まで
減速されるようにストローク値(制御開始ストローク)
S1を定め、図7に示すようにシリンダストロークが制
御開始ストロークS1に達すると減圧弁二次圧をP1か
らP2に上昇させる。
流路26bの開口面積が最大値A1から最小値A2に減
少するためシリンダ6が減速する。
う場合と同様に、シリンダストロークの小さい範囲では
通常と同じシリンダ速度が得られるため、操作性が良い
ものとなる。
を制御するポンプレギュータ30が設けられ、還流側絞
り流路26bの開度制御と同時に、コントローラ24か
らの信号によってポンプ吐出流量を減少させる制御が行
われるように構成されている。
に減少するため、シリンダ駆動力が低下し、減速作用が
より効果的に行われる。
御、シリンダストロークに応じた制御、及びポンプ吐出
流量の同時制御は、再生弁26を絞り弁として兼用する
第2実施形態の構成に限らず、図1に示す絞り弁23の
開度を制御する第1実施形態に対しても適用することが
できる。
手段として、ストロークセンサ29によって検出される
シリンダストロークを微分することによって得られるシ
リンダ速度が設定値を超えたときに大負荷を判別する手
段を用いてもよい。
ントロールバルブ18の排出側流路の開度(排出側流
量)を絞ることによって減速作用を得るようにしてい
る。
バルブ18の伸長側パイロットポート18aを結ぶ伸長
側パイロットライン20に電磁比例減圧弁31が設けら
れ、この減圧弁31がコントローラ24により制御され
てその二次圧(コントロールバルブ18に入力されるパ
イロット圧)が変化し、コントロールバルブ18の排出
側流路の開口面積が変化するように構成されている。
図9に示している。
制御時におけるパイロット圧/開口面積の関係を示し、
大負荷時にはコントローラ24による減圧弁31の制御
によりパイロット圧が通常制御時よりもΔPだけ低下す
る。
制御時のA1に対してA2に減少するため、図10に示
すようにリモコン弁操作量とシリンダ速度の関係におい
て、実線Iで示す通常制御時の最高速度V1に対して流
量制御時の最高速度がV2に制限される。
て、コントロールバルブ18として電磁パイロット式切
換弁が用いられるとともに、同バルブ18の操作手段と
して、レバー32aの操作量を電気量に変換するポテン
ショメータ等の操作量変換器32が用いられている。
に、この操作量変換器32の操作量(レバー操作量)
と、コントロールバルブ18の排出側流路の開口面積が
図9の点線IIで示すパイロット圧/開口面積と同様の
関係となるようにコントロールバルブ18を直接制御す
る。
様の作用効果を得ることができる。しかも、第3実施形
態と比較して、コントロールバルブ18を直接制御する
ため、第3実施形態の電磁比例減圧弁31が不要とな
る。このため、回路構成が簡素化され、コストが安くて
すむ。
ても、第2実施形態において説明したリモコン弁操作量
に応じた制御、シリンダストロークに応じた制御、及び
ポンプ吐出流量の同時制御を行い、かつ、同様の効果を
得ることができる。
ョベルのアームシリンダ6に限らず、図12,13に示
すブームシリンダ5やバケットシリンダ7にも適用する
ことができる。さらに油圧ショベル以外の各種建設機械
(クレーン等)においてストロークエンドでの緩衝機能
を必要とする油圧シリンダに広く適用することができ
る。
検出手段によって大負荷が検出されると、流量制御手段
(請求項2,3では可変絞り弁、請求項4,5ではコン
トロールバルブ)によってシリンダ流量(排出側または
供給側流量)を減速側に制御する構成としたから、油圧
シリンダのストロークエンドでの緩衝用絞りによる緩衝
作用を確実に働かせ、シリンダやそれによって駆動され
る部材の破損、機械全体の振動の発生を防止することが
できる。
ンダ速度をポンプ流量によって決まる速度以上に増速す
るための再生弁が設けられた建設機械において、再生弁
を可変絞り弁として利用できるため、回路構成を簡素化
できるとともに、実施のためのコストが安くてすむ。
ンダ制御用のコントロールバルブを可変絞り弁として兼
用するため、すべての建設機械に対して容易に低コスト
で適用することができる。
ーラによってコントロールバルブを直接制御でき、これ
らの間に減圧弁等の中間機器が不要となるため、回路構
成をより簡素化することができる。
制御手段による減速作用が、コントロールバルブの操作
量またはシリンダストロークが大きくなるほど強く働く
(小操作量域、小ストロークでは弱い)ため、実際の操
作で多用される操作量またはストロークの比較的小さい
領域では無駄な減速作用が働かず、操作性が良いものと
なる。
排出側及び供給側双方の流量を絞ることによって減速作
用を発揮させるため、減速効果がさらに高くなる。
る。
る。
の還流側絞り流路の開口面積の関係を示す図である。
弁二次圧の関係を示す図である。
ダ速度の関係を示す図である。
ンダ速度の関係を示す図である。
弁二次圧の関係を示す図である。
る。
とコントロールバルブの排出側流路の開口面積の関係を
示す図である。
とシリンダ速度の関係を示す図である。
る。
る。
る。
ダのストローク中の状態を示す部分断面図、(b)は同
ストロークエンド直前の状態を示す部分断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 油圧シリンダの作動方向と作動速度がコ
ントロールバルブによって制御され、かつ、負荷の重力
が加速側に作用するシリンダ作動時のストロークエンド
で、排出側ポートに設けられた緩衝用絞りにより背圧を
発生させて緩衝作用を得るように構成された建設機械の
油圧シリンダ制御装置において、上記負荷を検出する負
荷検出手段と、上記負荷の重力が加速側に作用するシリ
ンダ作動時におけるシリンダ流量を制御する流量制御手
段とを具備し、この流量制御手段は、上記負荷検出手段
によって検出された負荷の大小に応じて、シリンダ速度
が大負荷側で低下する方向の流量制御を行うように構成
されたことを特徴とする建設機械の油圧シリンダ制御装
置。 - 【請求項2】 流量制御手段が、パイロット式の可変絞
り弁と、この可変絞り弁の開度を制御するコントローラ
とによって構成されたことを特徴とする請求項1記載の
建設機械の油圧リンダ制御装置。 - 【請求項3】 負荷の重力が加速側に作用するシリンダ
作動時における排出側流量の一部を供給側に還流させる
再生弁を備え、この再生弁がコントローラによって制御
される可変絞り弁として構成されたことを特徴とする請
求項2記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。 - 【請求項4】 コントロールバルブとしてパイロット式
切換弁が用いられ、流量制御手段が、上記コントロール
バルブと、負荷の重力が加速側に作用するシリンダ作動
時における上記コントロールバルブの開度を制御するコ
ントローラとによって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。 - 【請求項5】 コントロールバルブとして電磁パイロッ
ト式切換弁が用いられたことを特徴とする請求項4記載
の建設機械の油圧シリンダ制御装置。 - 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれかに記載の建設
機械の油圧シリンダ制御装置において、コントロールバ
ルブの操作量を検出する操作量検出手段が設けられ、流
量制御手段が、この操作量検出手段によって検出された
操作量に応じて、大操作量側でシリンダ速度が低下する
方向の流量制御を行うように構成されたことを特徴とす
る建設機械の油圧シリンダ制御装置。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれかに記載の建設
機械の油圧シリンダ制御装置において、負荷の重力が加
速側に作用するシリンダ作動時のシリンダストロークを
検出するストローク検出手段が設けられ、流量制御手段
が、このストローク検出手段によって検出されたストロ
ークに応じて、大ストローク側でシリンダ速度が低下す
る方向の流量制御を行うように構成されたことを特徴と
する建設機械の油圧シリンダ制御装置。 - 【請求項8】 請求項1乃至7のいずれかに記載の建設
機械の油圧シリンダ制御装置において、流量制御手段
が、油圧シリンダの排出側流量を減少させるとともに供
給油量を減少させる制御を行うように構成されたことを
特徴とする建設機械の油圧シリンダ制御装置。
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JP27425099A JP3708380B2 (ja) | 1999-09-28 | 1999-09-28 | 建設機械の油圧シリンダ制御装置 |
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