JP2001165107A

JP2001165107A - 油圧モータの回転速度制御装置

Info

Publication number: JP2001165107A
Application number: JP34872899A
Authority: JP
Inventors: Kyosuke Yoshitake; 恭介吉武
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】油圧モータの回転加速度を該油圧モータによ
り回転駆動される被回転体の慣性モーメントに対応して
調節し、慣性モーメント変動による旋回時のショックを
防止する。【解決手段】油圧モータ４の入口流量の一部をドレン
系に戻すためのバイパス通路２２を設け、該バイパス通
路２２にバイパス流量を調節するブリードオフ弁２３を
設ける。コントローラ３８により、上部旋回体１の慣性
モーメントに基づいて前記ブリードオフ弁２３の開度を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は被回転体を回転駆動
するための油圧モータの回転速度制御装置に関するもの
であり、特に、油圧モータの入口流量の調節により回転
加速度を調節する油圧モータの回転速度制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】建設機
械において、この種、油圧モータは、クローラの駆動装
置、上部旋回体の駆動装置として採用され、油圧モータ
の回転加速度を調節する方法としては、油圧モータの圧
油の供給及び排出方向を切り換える方向切換弁のスプー
ルに、メータイン絞り部、メータアウト絞り部及びブリ
ードオフ絞り部を形成することが試みられている。

【０００３】図７に前記スプールに形成されたメータイ
ン絞り部、メータアウト絞り部及びブリードオフ絞り部
の、各絞り部毎のスプールストロークに対する開口面積
の変化を示す。

【０００４】図において、メータアウト絞りＡ及びブリ
ードオフ絞りＢの開口面積は、スプールストロークの増
加に対応して減少し、メータイン絞りＣは、所定のスプ
ールストローク以上を越えたときより開口面積が漸次増
加する。

【０００５】従って、これらの絞りにより、上部旋回体
等の被旋回体の回転加速度を適宜設定することが可能と
なり、例えば、ブリードオフ絞りの設定により、所定慣
性モーメントのときに、被回転体の回転加速度を良好と
する設定が可能となり、予め設定された所定慣性モーメ
ントのときに上部旋回体の回転加速度を良好とするよう
に設定することが可能となるが、前記方向切換弁には、
機能上及び構造上の制限から一種の絞りしか形成できな
い。このため、クレーンのように作業用アタッチメント
の角度、長さ、負荷荷重により慣性モーメントが広い範
囲で変化するものでは、所定の慣性モーメントに対して
良好な回転加速度に設定しても、例えば、荷降ろしによ
り荷重負荷が軽減されたときに、上部旋回体の回転加速
度の急激な上昇が発生し、また、荷吊り直後の回転加速
度が荷吊り直前の回転加速度に対して急激に減少するた
めに、停止又は始動する際に、操作感が変化することに
なる。よって、回転加速度の増大をショックと感じ、オ
ペレータに不快感として認識されたり、位置合わせを行
う際に、作業性の低下を招くことになる。

【０００６】そこで、油圧モータの回転加速度を慣性モ
ーメントに対応して調節できるようにするために解決す
べき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は該課題
を解決することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、油圧モータの入口流
量の一部をドレン系に戻すためのバイパス通路と、該バ
イパス通路のバイパス流量を調節する弁と、前記油圧モ
ータが駆動する被回転体の慣性モーメントに基づいて前
記弁の開度を制御する制御手段とを備えた油圧モータの
回転速度制御装置を提供するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、土木・建設機械の上部旋回
体の旋回速度制御装置に適用された本発明の一実施の形
態を図１乃至図６を参照して詳述する。

【０００９】図１において、１は上部旋回体、２は動力
伝達のためのギヤ装置を示し、３は建設機械の旋回油圧
回路を示す。該旋回油圧回路３においては、油圧モータ
（旋回モータ）４の一方の給排口５と油圧ポンプ６及び
油圧モータ４の他方の給排口７とドレンタンク８とを、
夫々、第１油路９と第２油路１０とで連通しており、該
第１油路９と第２油路１０とに、圧油の供給方向と排出
方向とを切り換えるための３位置切換弁１１を介設して
いる。該３位置切換弁１１の左右のパイロットポート１
２，１３に、夫々、第１パイロット油路１４，第２パイ
ロット油路１５を接続し、これら第１パイロット油路１
４，第２パイロット油路１５を、夫々、リモコン弁１６
を介してパイロットポンプ１７に接続している。前記リ
モコン弁１６は、中立位置を挟んで、図中、左側の第１
切換え位置に切換えられたときは、該リモコン弁１６の
一方の吐出ポート１８ａを、前記３位置切換弁１１の正
転側のパイロットポート１３に連通し、図中、右側の第
２切換え位置に切換られたときは、他方の吐出ポート１
８ｂを、３位置切換弁１１の逆転側のパイロットポート
１２に連通し、そして、中央の中立位置に切換られたと
きには、パイロットポンプ１７からのパイロット圧を全
量ドレンタンク１９に排出する。

【００１０】このため、リモコン弁１６を第１切換位置
又は第２切換え位置に切換えれば、油圧モータ４及び上
部旋回体１は正転又は逆転方向に加速し、また、リモコ
ン弁１６の切換え位置を正転及び逆転加速させた位置と
逆方向の切換え位置に切り換えることで上部旋回体１は
減速する。本方式による油圧モータ４の運動方程式は、ｄＮ_M／ｄｔ＝１／Ｊ_M｛Ｄ_M（Ｐ₇−Ｐ₅）／２００π−ΔＴ｝…（１）ここに、Ｎ_M：油圧モータ４の回転速度Ｊ_M：上部旋回体１の慣性モーメントのモータ軸換算値Ｄ_M：油圧モータ４の吸収量Ｐ₅ ：油圧モータ４の給排口５の圧力Ｐ₇：油圧モータ４の給排口７の圧力 ΔＴ：摩擦トルクで示される。

【００１１】また、リモコン弁１６を中立位置に切り換
えれば、３位置切換弁１１のＡ及びＢポートが連通さ
れ、Ｐ₅ ＝Ｐ₇となり、上式（１）より明らかなよう
に、上部旋回体１はΔＴ（摩擦トルク）により次第に減
速する。

【００１２】なお、中立位置では油圧制動装置（図示せ
ず）によって油圧モータ４を制動させることも可能であ
る。

【００１３】上述したように、前記３位置切換弁１１の
スプール（図示せず）に上述のメータイン絞り部、メー
タアウト絞り部及びブリードオフ絞り部を形成すれば、
上部旋回体１の回転速度を所定の大きさの慣性モーメン
トに対応させることができるが、それ以外の慣性モーメ
ントに変化すると回転加速度の変動が発生することにな
る。

【００１４】そこで、本実施の形態にあっては、前記３
位置切換弁１１のスプール（図示せず）に、最大慣性モ
ーメントに対応したブリードオフ絞り部（図示せず）を
形成し、そして、旋回油圧回路３に、油圧モータ４の入
口流量の一部をドレンタンク８に戻すことにより、油圧
モータ４の給排口５或いは、給排口７への油量を減少さ
せ、上式（１）中のＰ₅ （油圧モータ４の給排口５の圧
力）或いは、Ｐ₇（油圧モータ４の給排口７の圧力）の
立ち上がりを緩慢にし、上部旋回体１の回転加速度を調
節するためのブリードオフ回路２０を設けている。

【００１５】該ブリードオフ回路２０は、前記３位置切
換弁１１と油圧ポンプ６とを連通する供給側の第１油路
９より分岐されたバイパス通路２２と、該バイパス通路
２２に介設された流量制御弁としてのブリードオフ弁２
３より構成され、該ブリードオフ弁２３は、リターンス
プリング２４、遮断弁２５、絞り弁２６及びパイロット
圧を導入するためのパイロットポート２７を備えてい
る。そして、ブリードオフ弁２３を前記リモコン弁１６
の切り換えに連動して切換えるべく、前記第１パイロッ
ト油路１４と第２パイロット油路１５とを連通路２８に
よって連通し、該連通路２８に介設したシャトル弁２９
の出力ポート３６と前記ブリードオフ弁２３のパイロッ
トポート２７とを第３パイロット油路３０により連通し
ている。該第３パイロット油路３０には、電磁２位置切
換弁３１が介設されている。該電磁２位置切換弁３１の
一方の切換ポート３２と他方の他方の切換えポート３５
は、前記シャトル弁２９の出力ポート３６と、メインパ
イロット油路３３より分岐された分岐油路３４とに切換
えて接続される。前記ブリードオフ弁２３はそのパイロ
ットポート２７に対して高圧のパイロット圧が供給され
たときは、瞬時のうちに切り換わってバイパス通路２２
に遮断弁２５を介設する。一方、このパイロット圧より
も低い低圧のパイロット圧が供給されたとき、例えば、
図２に示すように、パイロット圧に対応した開口面積と
なるように設定されている。また、リモコン弁１６は第
１切換え位置又は第２切換え位置の操作量に対応して、
図６に示すように、パイロット圧を発生させる減圧弁で
ある。このため、絞り弁２６の開口面積は、リモコン弁
１６の第１切換え位置又は、第２切換り位置に対応した
開口面積をとり、全操作量まで切り換えると完全に遮断
弁２５に切り換わるように設定されている。

【００１６】このため、リモコン弁１６の操作量が小さ
い操作初期、或いは、微操作域では、油圧モータ４の入
口流量の一部がバイパス通路２２を介してドレンタンク
８に排出されることになり、電磁２位置切換弁３１を切
り換えてシャトル弁２９の出力ポート３６がブリードオ
フ弁２３のパイロットポート２７に接続されているとき
に、リモコン弁１６を第１又は第２切換え位置に切り換
えると油圧モータ４の動き出し初期、或いは、微操作域
での回転加速度及び上部旋回体１の回転加速度は滑らか
なものとなる。また、リモコン弁１６の第１又は第２切
換え位置を全操作量まで操作すると、絞り弁２６から遮
断弁２５に切り換わり、油圧ポンプ６からの吐出流量は
全て油圧モータ４に供給されるため、油圧モータ４及び
上部旋回体１の最大の回転速度で回転することになる。

【００１７】一方、前記電磁２位置切換弁３１のソレノ
イド３７の切換えによって、ブリードオフ弁２３のパイ
ロットポート２７に分岐油路３４を接続したときは、ブ
リードオフ弁２３は、パイロット一次圧により、瞬時の
うちに遮断弁２５に切り換わり、油圧モータ４及び上部
旋回体１はブリードオフ弁２３の影響なく、３位置切換
弁１１の開口面積の設定による回転加速度が得られるこ
とになる。

【００１８】このため、前記電磁２位置切換弁３１を、
コントローラ３８の電源出力部に信号線３９を介して接
続し、このコントローラ３８により前記電磁二位置切換
弁３１を上部旋回体１の慣性モーメントに対応して切換
れば、慣性モーメントの変化によるショックを未然に防
ぐことが可能となる。

【００１９】そこで、本実施の形態にあっては、前記コ
ントローラ３８に、上部旋回体１、作業用アタッチメン
ト（図示せず）の適宜箇所に取付けられている各種セン
サ（図示せず）より、ブーム長、ブーム角、荷重負荷の
信号を入力して、コントローラ３８の演算処理により上
部旋回体１の慣性モーメントを求め、この慣性モーメン
トと、コントローラ３８に接続されている解除スイッチ
４０のＯＮ／ＯＦＦ信号に対応して前記電磁２位置切換
弁３１を切り換えるように構成している。

【００２０】図３に前記コントローラ３８による電磁２
位置切換弁３１の切換えを示す。

【００２１】図において、前記解除スイッチ４０がＯＦ
Ｆで、上部旋回体１の慣性モーメントが小さいときは、
シャトル弁２９の出力ポート３６とブリードオフ弁２３
のパイロットポート２７とが連通され、慣性モーメント
が大きいときは、分岐油路３４がブリードオフ弁２３の
パイロットポート２７に連通される。

【００２２】前記解除スイッチ４０がＯＦＦで慣性モー
メントが小さいとき、リモコン弁１６を第１切換え位置
（正転位置）、又は、第２切換え位置（逆転位置）に切
換えると、ブリードオフ弁２３の開口面積と前記３位置
切換弁１１の開口面積との合算面積は、図４に示す開口
面積Ｄと同等になる。このとき、ブリードオフ弁２３が
絞り弁２６より遮断弁２５に切り換わるまでの間の圧油
のバイパスによって、油圧モータ４の回転加速度は低下
し、上部旋回体１の回転加速度は低下する。よって、慣
性モーメントが小さいとき（上部旋回体１のブーム長が
短いか、あるいはブーム角度が大きいか又は負荷荷重が
所定値よりも小さいとき、あるいは、荷降ろしによって
軽負荷となったとき）は、油圧モータ４及び上部旋回体
１の回転加速度は、軽負荷に対応し、作動、停止時のシ
ョックは小さなものとなる。

【００２３】解除スイッチ４０がＯＦＦで、慣性モーメ
ントが大きいとき、コントローラ３８は、メインパイロ
ット油路３３より分岐された分岐油路３４をブリードオ
フ弁２３のパイロットポート２７に連通するよう前記電
磁２位置切換弁３１を切換える。このとき、パイロット
圧は、パイロットポンプ１７直後の一次圧であり、リモ
コン弁１６通過後の二次圧と比較して高圧となる。この
ため、ブリードオフ弁２３は、瞬時のうちに、遮断弁２
５に切り換わり、油圧モータ４はブリードオフ弁２３に
影響することなく、３位置切換弁１１の開口面積の設定
による回転加速度で駆動される。

【００２４】オペレータにより前記解除スイッチ４０が
ＯＮされたとき、前記コントローラ３８は、前記電磁２
位置切換弁３１の切換え制御を停止し、該電磁２位置切
換弁３１の他方の切換えポート３５を分岐油路３４に連
通する。このため、慣性モーメントの大小に関わりな
く、油圧モータ４は、常に、３位置切換弁１１の開口面
積の設定による回転加速度で駆動される。

【００２５】図５は横軸を時間、縦軸に前記油圧モータ
４の圧力、旋回速度として、前記スイッチ４０をＯＮ／
ＯＦＦに切り換えたときの油圧モータ４の入口圧力、油
圧ポンプ６の吐出圧と旋回速度の変化を示す。

【００２６】上記したように、解除スイッチ４０をＯＮ
とした場合は、ブリードオフ弁２３が瞬時に切り換えら
れるため、油圧モータ４の入口圧力、油圧ポンプ６の吐
出圧及び旋回速度は急激に立ち上がり、解除スイッチ４
０をＯＦＦとした場合は、ブリードオフ弁２３がリモコ
ン弁１６の第１又は第２切換え位置に対応して機能する
ために、滑らかな立ち上がりとなる。

【００２７】従って、オペレータが解除スイッチ４０の
ＯＮに切り換えるのみで上部旋回体１の旋回加速度をオ
ペレータの好み、作業の進行に対応して選択することが
可能となる。

【００２８】もちろん、前記ブリードオフ弁２３の開口
面積は、上部旋回体１の慣性モーメントが大のときは、
リモコン弁１６の操作量に対して十分な回転トルク、回
転速度が得られるように設定され、また、慣性モーメン
トが大から小に変化したときに、油圧モータ４の回転速
度の変動が生じないように設定される。

【００２９】このように、本発明は、上部旋回モータ１
の負荷を検出して、該負荷が変動するときにコントロー
ラ３８によりバイパス通路２２のバイパス流量を調節し
て、油圧モータの回転加速度の変動を防止し、始動時、
停止時のショックを緩和する。

【００３０】なお、本発明の精神を逸脱しない限り種々
の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変され
たものに及ぶことは当然である。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記一実施の形態に詳述したよ
うに、例えば、上部旋回体を油圧モータにより旋回駆動
する建設機械において、油圧モータの入口流量の一部を
ドレン系に戻すためのバイパス通路と、該バイパス通路
のバイパス流量を調節する弁と、該弁の開度を前記上部
旋回体の慣性モーメントに基づいて制御する制御手段と
を備えて慣性モーメントの大小に対応した上部旋回体の
旋回加速度の調節が可能となるように構成したので、慣
性モーメントの大小に起因する油圧モータの回転加速度
の変動による起動、停止時のショックを小さくすること
ができる等、正に、著大なる効果を発揮する発明であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態を示し、クレーンの上部
旋回体を駆動するための旋回油圧回路を示す回路図であ
る。

【図２】本発明の一実施の形態を示し、リモコン弁が発
生するパイロット圧に対する絞り弁の開口面積の変化を
示す図である。

【図３】本発明の一実施の形態を示し、電磁２位置切換
弁の切換えを示す図である。

【図４】本発明の一実施の形態を示し、ブリードオフ弁
と３位置切換弁の開口特性を合わせた場合の等価ブリー
ドオフ開口特性と、従来のメータイン絞り部、メータア
ウト絞り部及びブリードオフ絞り部によるメータイン開
口特性、メータアウト開口特性、ブリードオフ開口特性
との比較を示す図である。

【図５】本発明の一実施の形態を示し、油圧モータの入
口圧力及び旋回速度の変化、油圧ポンプの吐出圧の変化
を示す図である。

【図６】リモコン弁の操作量に対するパイロット圧の変
化を示す図である。

【図７】従来のメータイン絞り部、メータアウト絞り部
及びブリードオフ絞り部によるメータイン開口特性、メ
ータアウト開口特性、ブリードオフ開口特性を示す図で
ある。

【符号の説明】

４油圧モータ８ドレンタンク２２バイパス通路２３ブリードオフ弁（弁）３８コントローラ（制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧モータの入口流量の一部をドレン系
に戻すためのバイパス通路と、該バイパス通路のバイパ
ス流量を調節する弁と、前記油圧モータが駆動する被回
転体の慣性モーメントに基づいて前記弁の開度を制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とする油圧モータの回
転速度制御装置。