JP2004076904A - Hydraulic cylinder control device of construction machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベルや、油圧ショベルを母体とする掘削機、解体機等の建設機械における油圧シリンダの作動速度を制御する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】
本発明の好適例である油圧ショベルのアーム用油圧シリンダを例にとって従来の技術を説明する。
【0003】
図6において、1は下部走行体、2はこの下部走行体1上に旋回自在に搭載された上部旋回体で、この上部旋回体2に掘削アタッチメント3が取付けられて油圧ショベルが構成される。
【0004】
掘削アタッチメント3は、起伏自在なブーム4と、このブーム4の先端に水平軸まわりに回動可能に取付けられたアーム5と、このアーム5の先端に取付けられたバケット6と、ブーム用、アーム用、バケット用の各油圧シリンダ7,8,9とによって構成され、ブーム用油圧シリンダ7によってブーム4の上げ下げ、アーム用油圧シリンダ8によってアーム5の押し(上部旋回体2から離れる方向の動き)、引き(上部旋回体2に近づく方向の動き)、バケット用油圧シリンダ9によってバケット6の回動の各動作が行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図示のようにアーム5を垂直よりも前方の位置から矢印方向に引き寄せるアーム引き動作を行う場合、アーム用油圧シリンダ(以下、アームシリンダという)8には、アーム5及びバケット6の重量と積み荷重量を合わせた負荷がシリンダ伸び(アーム引き)方向に作用するため、この負荷の大小によってアーム引き速度が変化する。
【0006】
一方、近年、油圧ショベルの作業環境の多様化に伴って掘削アタッチメント3が多くのバリエーションを持つようになり、機械出荷時の標準アタッチメントよりも重いものを取付ける場合が多くある。また、掘削アタッチメント3に解体用の特殊アタッチメントを付加する場合もある。
【0007】
この結果、標準アタッチメントを基準にして操作性のチューニングが施された機械では、標準のレバー操作に対してアーム引き速度が速くなる。
【0008】
このような事情により、レバー操作に対するアーム引き速度にばらつきが生じ、操作性が悪くなるという問題があった。
【0009】
なお、これらの点の対策として、負荷に応じた操作性が得られるように、アームシリンダ用コントロールバルブを、得ようとするメータアウト開口特性のものに取り替えるか、同コントロールバルブのメータアウト回路に流量制御弁を付加し、負荷に応じてアーム引き動作時のメータアウト流量を絞って速度を調整することが考えられる。
【0010】
しかし、前者の方法では負荷が変動するたびにコントロールバルブを最適のものに取り替えなければならないため、実用的でない。また、後者の方法によると、高価な流量制御弁を付加することでコストが高騰するため、得策でない。
【0011】
一方、油圧ショベルにおいては、一般に、アーム引き動作時のキャビテーション防止等を目的として、アームシリンダのロッド側(シリンダ縮小側)から排出される油をヘッド側(シリンダ伸長側)に戻す再生回路が設けられている。
【0012】
この再生回路を備えたショベルにおいて、再生回路に再生弁を設け、この再生弁の開度を制御することによりメータアウト流量を制御してシリンダ速度を制御する技術が公知となっている(特開平10−18358号参照)。
【0013】
しかし、この公知技術は、レバー操作量の小さい範囲で再生弁の開度を絞ってシリンダ速度を遅くし、ゆっくり起動させてアーム水平引きによる地均し作業等を円滑に行うもので、負荷に応じた操作性を得ることはできない。
【0014】
そこで本発明は、最小限かつ安価な設備の付加のみによって、負荷の変動に関係なく一定の操作性を確保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。
【0015】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、操作手段によって伸縮操作される油圧シリンダからの戻り油の一部を同シリンダの駆動側に再供給する再生回路が設けられるとともに、この再生回路に再生弁が設けられ、かつ、上記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、上記油圧シリンダの負荷圧を検出する負荷圧検出手段と、上記両検出手段によって検出される操作手段の操作量と負荷圧とに応じて下記(A)(B)の制御を行う制御手段とを具備するものである。
【0016】
(A)上記操作手段の操作量の増加に応じて上記再生弁の開度を増加させる。
【0017】
(B)上記操作手段の操作量とシリンダ作動速度の関係が上記負荷圧に関係なくほぼ一定となるように、操作量と再生弁開度に関する特性を上記負荷圧に応じて変化させる。
【0018】
請求項2の発明は、請求項1の構成において、油圧ショベルの掘削アタッチメントおけるアームを押し引き駆動するアーム用油圧シリンダの再生回路に再生弁が設けられ、制御手段によりこの再生弁の開度を制御してアーム引き側のシリンダ作動速度を制御するように構成されたものである。
【0019】
請求項3の発明は、請求項1または2の構成において、再生弁として、パイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁が用いられ、制御手段は、上記再生弁のパイロット圧を制御する電磁比例弁と、この電磁比例弁に再生弁の開度を変化させる信号を送るコントローラとを具備するものである。
【0020】
上記構成によると、操作手段の操作量に対する再生弁の開度変化の特性が負荷圧に応じて変化し、上記操作量とシリンダ速度の関係が負荷圧の変動に関係なくほぼ一定に制御されるため、負荷の影響を受ける動作(請求項2では油圧ショベルにおいて多用されるアーム引き動作)について、シリンダ速度が速くなる大負荷時には、再生弁の開度を絞ってメータアウト流量を減少させることにより、負荷の影響による速度上昇を抑え、一定の操作性を確保することができる。
【0021】
しかも、元々装備された再生弁を利用してメータアウト流量を制御し、シリンダ速度を制御する構成であるため、追加すべき設備が最小限(請求項3では電磁比例弁と、この電磁比例弁を制御するためのコントローラのソフト等)ですむ。
【0022】
このため、コントロールバルブを取り替えたり高価な流量制御弁を追加したりする場合と比較して、実用性に富み、コストが安くてすむ。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1〜図5によって説明する。
【0024】
以下の実施形態では、油圧ショベルを適用対象とし、かつ、アーム引き動作の操作性を改善する場合を例にとっている。
【0025】
図1中、図6と同一部分には同一符号を付して示している。
【0026】
図1には、アームシリンダ用コントロールバルブ11と他の油圧アクチュエータ用のコントロールバルブ12,13がタンデムに接続され、共通の油圧ポンプ14によって駆動される回路を例示している。
【0027】
15は各コントロールバルブ11〜13のブリードオフ流路をつなぐセンターバイパスライン、16はこのセンターバイパスライン15を最下流側で開閉するカット弁、Tはタンクである。
【0028】
17はアームシリンダ用コントロールバルブ11を制御する操作手段としてのリモコン弁で、このリモコン弁17の操作によってコントロールバルブ11が中立位置イと、シリンダ縮小位置ロと、シリンダ伸長位置ハとの間で切換わる。
【0029】
このアームシリンダ用コントロールバルブ(以下、単にコントロールバルブという)11のメータアウト流路に再生回路18が接続され、アーム引き動作時に、アームシリンダ8のロッド側(縮小側)油室8bからの戻り油の一部が、この再生回路18を通ってヘッド側(伸長側油室8a)に回されることにより、アーム引き動作が高速で行われ、かつ、キャビテーションが防止されるように構成されている。
【0030】
また、この再生回路18には、再生油量を調整する再生弁19が設けられている。
【0031】
この再生弁19は、パイロットライン21から供給されるパイロット圧に応じて開度が変化する油圧パイロット弁として構成され、パイロット圧が高くなるほどその開口が小さく(絞りが強く)なるように設定されている。
【0032】
この再生弁19の開度を大小制御する制御手段として、コントローラ20と、このコントローラ20からの電気信号により制御されて再生弁19のパイロット圧を制御する電磁比例弁21と、コントローラ20に再生弁19の開度を決定する信号を送る負荷圧センサ22と、リモコン弁18のアーム引き側パイロット圧Pi(操作量に対応)を検出してコントローラ20に送るパイロット圧センサ23とが設けられている。
【0033】
負荷圧センサ22は、アームシリンダ8の縮み側油室8bの圧力、すなわち、アーム5及びバケット6の重量と荷重を合わせた負荷によって作用する圧力(負荷圧)を検出し、コントローラ20において、この検出された負荷圧に応じてリモコン弁操作量に対する再生弁開度の特性が決定され、この決定された特性による再生弁開度を得るべくコントローラ20から電磁比例弁21に指令信号(電流)が出力される。
【0034】
この点の作用を図2によって説明する。
【0035】
まず、ステップS1で、パイロット圧センサ23から取り込まれたアーム引き側パイロット圧Piが予め設定された基準圧力(たとえば0.5MPa)と比較され、基準圧力よりも小さい場合は、リモコン弁17のアーム引き操作量が小さくてシリンダ速度が遅く、制御の必要がないため、そのまま制御が終了する。
【0036】
一方、アーム引き側パイロット圧Piが基準圧力よりも大きい場合は、制御の必要ありとしてステップS2に進み、ここで、負荷圧センサ22から取り込まれた負荷圧に基づいて、予め設定された負荷圧/指令電流値の特性から指令電流の最大値Iaと最小値Ibが決定される。
【0037】
次に、ステップS3では、決定された電流最大値Ia及び最小値Ibをもとに、アーム引き側パイロット圧Pi(操作量)に応じて指令電流値を両値Ia,Ib間で変化させる制御マップを作成し、ステップS4で、この制御マップに基づく電流を電磁比例弁21に送る。
【0038】
これにより、再生弁19の開口面積、及びこれとコントロールバルブ11のメータアウト開口を合わせた合成開口(総メータアウト開口)が上記制御マップに基づき、アーム引きパイロット圧Piに応じて自動的に制御される。
【0039】
図3,4の破線はこのような制御を行わない場合の再生弁及び合成開口特性、実線、一点鎖線及び二点鎖線は制御を行った場合の再生弁及び合成開口特性3例をそれぞれ示す。
【0040】
この制御により、アーム引き動作時に、リモコン弁17の操作量(アーム引きパイロット圧Pi)と再生弁開度の関係が負荷圧に応じて変化する。
【0041】
すなわち、アームシリンダ8の縮み側油室8bから出て伸び側油室8aに回される再生油量(メータアウト流量)が負荷の増加に応じて抑制され、この結果、図5の破線で示す無制御時と比較して、アーム引きパイロット圧Piの増加に対するアーム引き動作速度の増加率が抑えられる。
【0042】
こうして、負荷の変動に関係なく、リモコン弁操作量に対するアーム引き動作の速度がほぼ一定に保たれ、良好な操作性を確保することができる。
【0043】
しかも、この装置によると、アームシリンダ回路に元々装備された再生弁19を利用し、負荷に応じてこの再生弁19の開度を制御する構成であるため、付加すべき設備は、安価な電磁比例弁21と、負荷圧センサ22と、電磁比例弁21を負荷圧に応じて制御するコントローラ20の制御ソフトのみでよい。また、コントロールバルブ19は、開口特性を変えることなくそのまま使用することができる。
【0044】
このため、新たに高価なメータアウト制御弁を追加する場合と比較してコストが安くてすむとともに、コントロールバルブ19を負荷に応じて異なる開口特性のものに取り替える煩わしさもない。
【0045】
ところで、上記実施形態では油圧ショベルのアーム引き動作を制御対象として説明したが、本発明はこれに限らず、とくに負荷が作用する方向の動作全般について適用することができ、たとえば油圧ショベルのブーム下げ動作にも適用することができる。
【0046】
また、本発明は油圧ショベルに限らず、油圧ショベルを母体として構成される掘削機や解体機等にも適用することができる。
【0047】
【発明の効果】
上記のように本発明によると、操作手段の操作量に対する再生弁の開度変化の特性が負荷圧に応じて変化し、上記操作量とシリンダ速度の関係が負荷圧の変動に関係なくほぼ一定に制御されるため、負荷の影響を受ける動作について、シリンダ速度が速くなる大負荷時には、再生弁の開度を絞ってメータアウト流量を減少させることにより、負荷の影響による速度上昇を抑え、一定の操作性を確保することができる。
【0048】
とくに請求項2の発明によると、油圧ショベルにおいて多用されるアーム引き動作について一定の操作性を確保できるため、実用上の効果が高いものとなる。
【0049】
しかも、元々装備された再生弁を利用してメータアウト流量を制御し、シリンダ速度を制御する構成であるため、追加すべき設備が最小限(請求項3では電磁比例弁と、この電磁比例弁を制御するためのコントローラのソフト等)ですむ。
【0050】
このため、コントロールバルブを取り替えたり高価な流量制御弁を追加したりする場合と比較して、実用性に富み、コストが安くてすむ。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態にかかるシリンダ制御装置の構成図である。
【図2】同実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図3】同実施形態による再生弁開口の制御例を示す図である。
【図4】同実施形態によるメータアウト合成開口の制御例を示す図である。
【図5】同実施形態によるアーム引き速度の制御例を示す図である。
【図6】本発明の適用対象となる油圧ショベルの全体側面図である。
【符号の説明】
8 アームシリンダ(油圧シリンダ)
18 再生回路
19 再生弁
20 制御手段を構成するコントローラ
21 同電磁比例弁
22 同負荷圧センサ(指令手段)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydraulic cylinder control device that controls the operating speed of a hydraulic cylinder in a construction machine such as a hydraulic shovel, an excavator or a demolition machine having the hydraulic shovel as a base.
[0002]
[Prior art]
A conventional technique will be described by taking a hydraulic cylinder for an arm of a hydraulic shovel as a preferred example of the present invention as an example.
[0003]
In FIG. 6,
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, when performing an arm pulling operation of pulling the arm 5 in a direction indicated by an arrow from a position ahead of the vertical as shown in the drawing, the arm hydraulic cylinder (hereinafter referred to as the arm cylinder) 8 has the weight of the arm 5 and the
[0006]
On the other hand, in recent years, with the diversification of the working environment of the hydraulic excavator, the
[0007]
As a result, in a machine in which the operability is tuned based on the standard attachment, the arm pulling speed becomes faster than the standard lever operation.
[0008]
Under such circumstances, there has been a problem that the arm pulling speed with respect to the lever operation varies, and the operability deteriorates.
[0009]
As a countermeasure against these points, replace the arm cylinder control valve with the one with the meter-out opening characteristic to be obtained, or install it in the meter-out circuit of the control valve so that operability according to the load is obtained. It is conceivable to add a flow control valve and adjust the speed by reducing the meter-out flow during the arm pulling operation according to the load.
[0010]
However, the former method is not practical because the control valve must be replaced with an optimum one every time the load fluctuates. Further, according to the latter method, the cost is increased by adding an expensive flow control valve, so that it is not a good idea.
[0011]
On the other hand, a hydraulic shovel is generally provided with a regeneration circuit for returning oil discharged from the rod side (cylinder contraction side) of the arm cylinder to the head side (cylinder extension side) for the purpose of preventing cavitation during an arm pulling operation. Have been.
[0012]
In a shovel provided with this regeneration circuit, a technique is known in which a regeneration valve is provided in the regeneration circuit, and the cylinder speed is controlled by controlling the meter-out flow rate by controlling the opening of the regeneration valve (see Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 9-163572). 10-18358).
[0013]
However, in this known technique, the cylinder speed is reduced by narrowing the opening of the regeneration valve in a range where the lever operation amount is small, and the cylinder is slowly started to smoothly perform leveling work by horizontal pulling of the arm and the like. It is not possible to obtain appropriate operability.
[0014]
Accordingly, the present invention provides a hydraulic cylinder control device for a construction machine that can ensure constant operability irrespective of load fluctuations only by adding minimal and inexpensive equipment.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0016]
(A) The opening of the regeneration valve is increased in accordance with an increase in the operation amount of the operation means.
[0017]
(B) The characteristics relating to the operation amount and the opening degree of the regeneration valve are changed in accordance with the load pressure such that the relation between the operation amount of the operation means and the cylinder operating speed becomes substantially constant regardless of the load pressure.
[0018]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, a regeneration valve is provided in a regeneration circuit of the hydraulic cylinder for an arm that pushes and pulls the arm in the excavation attachment of the hydraulic shovel, and the opening of the regeneration valve is controlled by the control means. This is configured to control the cylinder operating speed on the arm pulling side by controlling.
[0019]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, a hydraulic pilot valve whose opening changes in accordance with the pilot pressure is used as the regeneration valve, and the control means controls the pilot pressure of the regeneration valve. It has an electromagnetic proportional valve and a controller that sends a signal to the electromagnetic proportional valve to change the opening of the regeneration valve.
[0020]
According to the above configuration, the characteristic of the opening degree change of the regeneration valve with respect to the operation amount of the operation means changes according to the load pressure, and the relationship between the operation amount and the cylinder speed is controlled to be substantially constant irrespective of the change in the load pressure. Therefore, in the operation affected by the load (the arm pulling operation frequently used in the hydraulic shovel in claim 2), at the time of a large load in which the cylinder speed is increased, the opening of the regeneration valve is reduced to reduce the meter-out flow rate. In addition, it is possible to suppress an increase in speed due to the influence of a load, and to secure a constant operability.
[0021]
In addition, since the meter-out flow rate is controlled by using the originally provided regeneration valve and the cylinder speed is controlled, equipment to be added is minimized (the electromagnetic proportional valve and the electromagnetic proportional valve Controller software for controlling the system).
[0022]
Therefore, compared to the case where the control valve is replaced or an expensive flow control valve is added, the practicability is high and the cost is low.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
In the following embodiments, a case is described in which a hydraulic excavator is applied and operability of an arm pulling operation is improved.
[0025]
1, the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
[0026]
FIG. 1 illustrates a circuit in which a
[0027]
[0028]
[0029]
A
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
As a control means for controlling the opening degree of the
[0033]
The
[0034]
The operation of this point will be described with reference to FIG.
[0035]
First, in step S1, the arm pull-side pilot pressure Pi taken from the
[0036]
On the other hand, if the arm pull-side pilot pressure Pi is larger than the reference pressure, control is determined to be necessary and the process proceeds to step S2, where the load pressure set in advance based on the load pressure taken from the
[0037]
Next, in step S3, based on the determined current maximum value Ia and minimum value Ib, control for changing the command current value between the two values Ia and Ib in accordance with the arm pull-side pilot pressure Pi (operation amount). A map is created, and a current based on this control map is sent to the electromagnetic
[0038]
As a result, the opening area of the
[0039]
The broken lines in FIGS. 3 and 4 show the regeneration valve and the synthetic opening characteristics when such control is not performed, and the solid line, the one-dot chain line and the two-dot chain line show three examples of the regeneration valve and the synthetic opening characteristics when control is performed.
[0040]
With this control, during the arm pulling operation, the relationship between the operation amount of the remote control valve 17 (arm pulling pilot pressure Pi) and the opening degree of the regeneration valve changes according to the load pressure.
[0041]
That is, the amount of the regenerated oil (meter-out flow rate) that is discharged from the contraction-
[0042]
In this way, the speed of the arm pulling operation with respect to the operation amount of the remote control valve is kept almost constant irrespective of the load fluctuation, and good operability can be secured.
[0043]
Moreover, according to this device, the
[0044]
For this reason, the cost can be reduced as compared with a case where a new expensive meter-out control valve is added, and there is no need to replace the
[0045]
By the way, in the above embodiment, the arm pulling operation of the excavator has been described as an object to be controlled. However, the present invention is not limited to this, and can be applied particularly to the entire operation in the direction in which a load is applied. It can also be applied to operations.
[0046]
Further, the present invention is not limited to a hydraulic excavator, and can be applied to an excavator, a demolition machine, and the like that are configured using a hydraulic excavator as a base.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the characteristic of the opening degree change of the regeneration valve with respect to the operation amount of the operation means changes according to the load pressure, and the relationship between the operation amount and the cylinder speed is substantially constant regardless of the change in the load pressure. In the case of large loads where the cylinder speed becomes faster, the operation affected by the load is controlled to reduce the meter-out flow rate by reducing the opening of the regeneration valve, thereby suppressing the speed increase due to the load and maintaining a constant Operability can be ensured.
[0048]
In particular, according to the second aspect of the present invention, a constant operability can be ensured for the arm pulling operation frequently used in the hydraulic excavator, so that the practical effect is high.
[0049]
In addition, since the meter-out flow rate is controlled by using the originally provided regeneration valve and the cylinder speed is controlled, equipment to be added is minimized (the electromagnetic proportional valve and the electromagnetic proportional valve Controller software for controlling the system).
[0050]
Therefore, compared to the case where the control valve is replaced or an expensive flow control valve is added, the practicability is high and the cost is low.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a cylinder control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a control example of a regeneration valve opening according to the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing an example of controlling a meter-out synthetic aperture according to the embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing an example of controlling an arm pulling speed according to the embodiment;
FIG. 6 is an overall side view of a hydraulic shovel to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
8. Arm cylinder (hydraulic cylinder)
18
Claims (3)
(A)上記操作手段の操作量の増加に応じて上記再生弁の開度を増加させる。
(B)上記操作手段の操作量とシリンダ作動速度の関係が上記負荷圧に関係なくほぼ一定となるように、操作量に対する再生弁開度に関する特性を上記負荷圧に応じて変化させる。A regeneration circuit is provided for re-supplying a part of the return oil from the hydraulic cylinder which is telescopically operated by the operation means to the drive side of the cylinder, a regeneration valve is provided in the regeneration circuit, and the operation of the operation means is performed. An operation amount detecting means for detecting the amount, a load pressure detecting means for detecting the load pressure of the hydraulic cylinder, and the following (A) ( A hydraulic cylinder control device for a construction machine, comprising: control means for performing the control of B).
(A) The opening of the regeneration valve is increased in accordance with an increase in the operation amount of the operation means.
(B) The characteristic relating to the opening of the regeneration valve with respect to the operation amount is changed in accordance with the load pressure so that the relation between the operation amount of the operation means and the cylinder operating speed is substantially constant regardless of the load pressure.
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