JP2002276610A - 建設機械の油圧シリンダ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高価な油圧機器を付加したり、エンジン回転
数を無駄に上げたりすることなくキャビテーションを確
実に防止する。 【解決手段】 コントローラ１０に、予め、キャビテー
ションが発生する可能性のある操作としての油圧ショベ
ルのアーム引き操作と、このアーム引き操作時にキャビ
テーションの発生を防止し得るポンプ流量が得られるエ
ンジン回転数とを記憶させておき、アーム引き操作が行
われたときに、コントローラ１０からステッピングモー
タ１２に指令信号を出力してエンジン回転数を上記設定
値に制御する構成とした。

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
設機械において油圧シリンダのキャビテーションを防止
するための油圧シリンダ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベルのアームシリンダを例にと
って従来の技術を説明する。

【０００３】油圧ショベルは、下部走行体上に上部旋回
体が搭載されて成るベースマシンに掘削アタッチメント
が取付けられて構成される。

【０００４】この掘削アタッチメントは、図１に示すよ
うに起伏自在なブーム１の先端にアーム２、このアーム
２の先端にバケット３がそれぞれ水平軸まわりに回動可
能に取付けられてなっている。

【０００５】この掘削アタッチメントにおいて、アーム
２には、アーム自重及びバケット重量（掘削中の場合は
バケット内の土砂を含む）により常に図１矢印Ａで示す
方向（アーム引き方向）の力が作用するため、このアー
ム２を駆動するアームシリンダ４には常に伸長方向（矢
印Ｂ方向）の力が加えられる。

【０００６】このため、エンジン回転数が低くてポンプ
流量が少ない状態（たとえば負荷増加によってエンジン
回転数が低下した状態）でアーム引き操作が行われた場
合に、アームシリンダ４が負荷によって高速伸長するの
に対して同シリンダ４の伸長側油室４ａ（４ｂは縮小側
油室）への油の供給が追いつかずにキャビテーションが
発生するという問題が生じていた。

【０００７】従来、このキャビテーション対策として、
（ｉ）特開平４−６４６２６号公報に示されているよう
に、アームシリンダの伸長作動時に、同シリンダ用ポン
プの油に別ポンプからの油を合流させ、ロジック弁及び
チェック弁を介してアームシリンダに供給する構成、
（ｉｉ）特開平５−１８７４１０号公報に示されている
ように、アームシリンダの伸長作動時に縮小側油室から
排出される油を絞るキャビテーション防止弁を設ける構
成が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、これら従来
技術によると、いずれも高価な油圧機器（ロジック弁、
チェック弁またはキャビテーション防止弁）を付加しな
ければならないため、コストが高くつく欠点があった。

【０００９】なお、キャビテーションが発生しない（十
分なポンプ流量が確保される）ように常にエンジン回転
数を高く設定することが考えられるが、こうすると燃
費、騒音、排ガスの点で好ましくない。

【００１０】そこで本発明は、高価な油圧機器を付加し
たり、エンジン回転数を無駄に上げたりすることなくキ
ャビテーションを確実に防止することができる建設機械
の油圧シリンダ制御装置を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、操作
手段の操作により、エンジンを駆動源とする油圧ポンプ
からの油を油圧シリンダに供給して同シリンダを駆動す
るように構成された建設機械において、上記操作手段が
操作されたことを検出する操作検出手段と、エンジン回
転数を設定するエンジン回転数設定手段と、上記操作手
段からの信号が入力されるコントローラを具備し、この
コントローラは、予め、上記油圧シリンダについてキャ
ビテーションが発生するおそれのある操作と、この操作
時にキャビテーションの発生を防止し得るポンプ流量が
得られるエンジン回転数とを記憶し、上記記憶した操作
が行われたときに、エンジン回転数が上記記憶値となる
ように上記エンジン回転数設定手段を制御するように構
成されたものである。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１の構成におい
て、コントローラは、キャビテーションが発生する可能
性のある操作についての操作量とエンジン回転数の関係
をエンジン回転数特性として予め記憶し、このエンジン
回転数特性に基づいてエンジン回転数設定手段を制御す
るように構成されたものである。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１または２の構
成において、油圧シリンダが、油圧ショベルの掘削アタ
ッチメントにおけるアームを駆動するアームシリンダで
あり、コントローラは、このアームシリンダのアーム引
き操作と、このアーム引き操作時にキャビテーションの
発生を防止し得るポンプ流量が得られるエンジン回転数
とを記憶し、かつ、アーム引き操作時にエンジン回転数
設定手段を制御するように構成されたものである。

【００１４】上記構成によると、キャビテーションが発
生する可能性のある操作（請求項３では油圧ショベルの
アーム引き操作）が行われたときに、エンジン回転数
が、キャビテーションの発生を防止し得るポンプ流量が
得られる値に自動的に制御されるため、キャビテーショ
ンの発生を確実に防止することができる。

【００１５】すなわち、流量不足によってキャビテーシ
ョンが発生するおそれがあるときにエンジン回転数（ポ
ンプ流量）を上げてキャビテーションを防止する構成で
あるため、シリンダ回路中にキャビテーション防止用の
高価な油圧機器を付加する必要がない。しかも、キャビ
テーションが発生するおそれのあるときにだけエンジン
回転数を上げる構成であるため、エンジンを常に高回転
させる場合のような燃費、騒音、排ガスの問題が生じな
い。

【００１６】この場合、請求項２の構成によると、キャ
ビテーションが発生する可能性のある操作時にエンジン
回転数を一定値に制御するのではなく、操作手段の操作
量に応じてエンジン回転数を変化させるため、過不足の
ないエンジン回転数でキャビテーションの発生をより確
実に防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図によって説
明する。

【００１８】この実施形態では、従来技術の説明に合わ
せて油圧ショベルのアームシリンダを適用対象として例
にとっている。

【００１９】図１において、５はエンジン、６はこのエ
ンジン５によって駆動されるアームシリンダ用油圧ポン
プで、この油圧ポンプ６からの油がアームシリンダ用の
油圧パイロット式コントロールバルブ７を介してアーム
シリンダ４に供給される。

【００２０】コントロールバルブ７は、操作手段として
のリモコン弁８（８ａはその操作レバー）からのリモコ
ン圧（パイロット圧）によって伸長、縮小、中立の各位
置イ，ロ，ハ間で切換わり作動し、これによりアームシ
リンダ４が伸長、縮小作動しまたは停止する。Ｔはタン
クである。

【００２１】リモコン弁８のアーム引き操作によるパイ
ロット圧は圧力計９により検出されてコントローラ１０
に入力される。

【００２２】このコントローラ１０は、予め、キャビテ
ーションが発生する可能性のある操作であるアーム引き
操作時のエンジン回転数特性として、図２に示すように
アーム引き操作パイロット圧（リモコン弁操作量）に応
じてエンジン回転数がローアイドル回転数（図例では８
００ｒｐｍ）から設定上限回転数（同、エンジン最高回
転数の２０００ｒｐｍよりも少し低い１５００ｒｐｍ）
まで変化する特性が設定・記憶され、アーム引き操作時
に、この特性に従ってエンジン回転数を制御する。

【００２３】ここで、記憶されるエンジン回転数特性
は、アームシリンダ４がその最高速度で伸長作動しても
キャビテーションが発生しないポンプ流量を確保できる
値として設定される。

【００２４】１１はエンジン回転数設定手段としてのガ
バナで、このガバナ１１によって設定された現在のエン
ジン回転数がコントローラ１０に入力される。１２はコ
ントローラ１０からの回転数指令信号に基づいてこのガ
バナ１１を制御するステッピングモータである。

【００２５】コントローラ１０によるエンジン回転数の
制御内容を図３のフローチャートによって説明する。

【００２６】制御開始とともに、まず、エンジン回転数
を現在のガバナ位置によって設定される値に決定し（ス
テップＳ１）、ステップＳ２でアーム引き操作があった
か否かが判別され、アーム引き操作が無ければ（ＮＯの
場合）、ステップＳ３でエンジン回転数を現在のガバナ
設定値に固定する。

【００２７】これに対し、アーム引き操作があったとき
（ステップＳ２でＹＥＳの場合）は、ステップＳ４で、
図２のエンジン回転数特性に基づき、検出された操作量
に対応する回転数を割り出し、このエンジン回転数を実
現するための指令信号をステッピングモータ１２に送
る。

【００２８】これにより、ガバナ１２が駆動されて、現
在のエンジン回転数が上記特性値よりも低いときは特性
値まで上昇し、このエンジン回転数の上昇に応じてポン
プ流量が増加する。

【００２９】このように、アームシリンダ４のキャビテ
ーションが発生するおそれがあるときに、エンジン回転
数を上げ、ポンプ流量を増加させることによってキャビ
テーション発生を防止する構成であるため、シリンダ回
路中にキャビテーション防止用の高価な油圧機器を付加
する必要がない。

【００３０】しかも、この制御はアーム引き操作時のみ
に行われ、それ以外はエンジン回転数はガバナ設定値通
りに保持されるため、エンジンを常に高回転させる場合
のような燃費、騒音、排ガスの問題が生じない。

【００３１】また、エンジン回転数をリモコン弁８の操
作量に応じた値に設定するため、アームシリンダ４に、
適量（キャビテーションを防止するのに必要かつ十分な
油量）を供給することができる。

【００３２】ところで、上記実施形態ではリモコン弁８
によって油圧パイロット式のコントロールバルブ７を制
御するシリンダ回路を前提としたが、本発明はレバー操
作量をポテンショメータで電気量に変換してコントロー
ラに入力し、このコントローラからの電気制御信号によ
って電磁パイロット式のコントロールバルブを制御する
シリンダ回路にも適用することができる。

【００３３】また、適用対象となる油圧シリンダは上記
したアームシリンダに限らず、アームシリンダ同様に常
に負加圧が作用する油圧シリンダ（たとえば図１では図
示省略したバケットシリンダ）にも、また油圧ショベル
に限らず、クレーン等の他の建設機械において同様の問
題を抱えた油圧シリンダにも適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】上記のように本発明によると、油圧シリ
ンダ（請求項３では油圧ショベルのアームシリンダ）に
ついて、キャビテーションが発生する可能性のある操作
が行われたときに、コントローラによってエンジン回転
数をキャビテーションが発生するおそれのない値に制御
する構成としたから、キャビテーションの発生を確実に
防止することができる。

【００３５】しかも、キャビテーションが発生するおそ
れのあるときにエンジン回転数（ポンプ流量）を上げる
構成であるため、シリンダ回路中にキャビテーション防
止用の高価な油圧機器を付加する必要がないとともに、
エンジンを常に高回転させる場合のような燃費、騒音、
排ガスの問題が生じない。

【００３６】この場合、請求項２の発明によると、エン
ジン回転数を一定値に制御するのではなく、操作手段の
操作量に応じてエンジン回転数を変化させるため、過不
足のないエンジン回転数でキャビテーションの発生をよ
り確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるアームシリンダの油
圧回路とその制御系の構成を示す図である。

【図２】同装置のコントローラに記憶されたエンジン回
転数特性を示す図である。

【図３】同コントローラの作用を説明するためのフロー
チャートである。

【符号の説明】

２ 油圧ショベルのアーム ４ アームシリンダ ５ エンジン １１ エンジン回転数設定手段としてのガバナ １２ 同ステッピングモータ ６ 油圧ポンプ ８ 操作手段としてのリモコン弁 ９ 操作検出手段としての圧力計 １０ コントローラ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操作手段の操作により、エンジンを駆動
   源とする油圧ポンプからの油を油圧シリンダに供給して
   同シリンダを駆動するように構成された建設機械におい
   て、上記操作手段が操作されたことを検出する操作検出
   手段と、エンジン回転数を設定するエンジン回転数設定
   手段と、上記操作手段からの信号が入力されるコントロ
   ーラを具備し、このコントローラは、予め、上記油圧シ
   リンダについてキャビテーションが発生するおそれのあ
   る操作と、この操作時にキャビテーションの発生を防止
   し得るポンプ流量が得られるエンジン回転数とを記憶
   し、上記記憶した操作が行われたときに、エンジン回転
   数が上記記憶値となるように上記エンジン回転数設定手
   段を制御する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。
2. 【請求項２】 請求項１記載の建設機械の油圧シリンダ
   制御装置において、コントローラは、キャビテーション
   が発生する可能性のある操作についての操作量とエンジ
   ン回転数の関係をエンジン回転数特性として予め記憶
   し、このエンジン回転数特性に基づいてエンジン回転数
   設定手段を制御する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。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の建設機械の油圧
   シリンダ制御装置において、油圧シリンダが、油圧ショ
   ベルの掘削アタッチメントにおけるアームを駆動するア
   ームシリンダであり、コントローラは、このアームシリ
   ンダのアーム引き操作と、このアーム引き操作時にキャ
   ビテーションの発生を防止し得るポンプ流量が得られる
   エンジン回転数とを記憶し、かつ、アーム引き操作時に
   エンジン回転数設定手段を制御する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。