JP2009036300A - 旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】慣性が小さい機械の旋回停止時にショックの発生を防止する回路構成において、オペレータの好みや機械に応じた旋回停止特性を得る。
【解決手段】コントロールバルブ１０の中立復帰時に、リリーフ弁１３,１４によってモータ８の流出側管路にブレーキ圧を発生させる前に、油圧パイロット式の逃がし弁１９を一定時間開いて流出側の油を流入側に逃がすことによってショックの発生を防止する。この構成を前提として、逃がし弁１９の開き側パイロットライン２１に電磁比例弁２８を設け、コントローラ２９でこの電磁比例弁２８を制御する電子制御方式をとることにより、旋回停止特性を自由に設定できるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベル等の旋回式作業機械において慣性が小さい状況下で旋回体をショックなくスムーズに停止させる旋回制御装置に関するものである。

油圧ショベルを例にとって背景技術を説明する。

図４において、１はクローラ式の下部走行体、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、ブーム３、アーム４及びバケット５を備えた作業アタッチメント６が装着される。

この油圧ショベルにおける旋回用油圧回路の構成を図５に示す。

同図において、７は油圧源としての油圧ポンプ、８はこの油圧ポンプ７からの圧油により回転して上部旋回体２を旋回駆動する油圧モータ（以下、これらを単にポンプ、モータという）で、このポンプ７及びタンクＴとモータ８との間に、操作手段としてのリモコン弁９からのパイロット圧によって切換わり作動する油圧パイロット式の切換弁であるコントロールバルブ１０が設けられ、このコントロールバルブ１０によってモータ８に対する圧油の給排（モータ８の回転／停止、回転方向、回転速度）が制御される。

すなわち、リモコン弁９が操作されないときはコントロールバルブ１０が図示の中立位置イにセットされ、リモコン弁９の操作時にコントロールバルブ１０が中立位置イから図左側の位置（たとえば左旋回位置）ロまたは右側の位置（同、右旋回位置）ハに、リモコン弁９の操作量に応じたストロークで作動する。

コントロールバルブ１０の中立位置イでは、コントロールバルブ１０とモータ８とを結ぶモータ両側管路（図左側を左旋回管路、右側を右旋回管路という）１１,１２がポンプ７に対してブロックされるため、モータ８は回転しない。

この状態から、リモコン弁９が左旋回側に操作されてコントロールバルブ１０が左旋回位置ロに切換えられると、ポンプ７から左旋回管路１１に圧油が供給されてモータ８が左回転し、図５の上部旋回体２が左旋回する。

これに対し、リモコン弁９が右旋回側に操作されてコントロールバルブ１０が右旋回位置ハに切換えられると、ポンプ油が右旋回回路１２に供給されてモータ８が右回転し、上部旋回体２が右旋回する。

一方、両旋回管路１１,１２間には、ブレーキ弁としてのリリーフ弁１３,１４が相対向して設けられるとともに、これと並列にキャビテーション防止用（油吸い込み用）のチェック弁１５,１６が対向配置で設けられている。

両リリーフ弁１３,１４の出口側と、両チェック弁１５,１６の入口側とは連通路１７によって接続されるとともに、この連通路１７がタンクＴに接続されている。

ここまでの構成において、たとえばリモコン弁９が左旋回側から中立復帰すると、コントロールバルブ１０が左旋回位置ロから中立位置イに戻るため、モータ８及び両旋回管路１１,１２がポンプ７及びタンクＴから切り離され、モータ８への圧油の供給及びモータ８からタンクＴの油の戻りが停止する。

ここで、モータ８は上部旋回体２の慣性によって左旋回を続けようとするため、流出側である右旋回管路１２の圧力が立ち、これが一定値に達すると図右側のリリーフ弁１４が開いて右旋回管路１２の油が、同リリーフ弁１４−連通路１７−図左側のチェック弁１５を通って左旋回管路１１に入り、モータ８に流入する。

このとき、左旋回管路１１が負圧傾向になると、連通路１７からチェック弁１５経由で左旋回管路１１にタンク油が吸い上げられてキャビテーションが防止される。

これにより、モータ８が慣性回転しながらブレーキ力を受けるため、緩やかに停止する。右旋回からの停止時もこれと同じである。

ところが、これだけだと、小旋回型ショベルのような慣性が小さいショベルでは、リリーフ弁１３,１４によるブレーキ力が強過ぎて停止ショックが発生し、スムーズな旋回停止が得られないという問題が生じていた。

この点の対策として、図５に示すように両旋回管路１１,１２間に、これらを短絡する逃がしライン１８と、この逃がしライン１８を開閉する逃がし弁１９とが設けられている。

逃がし弁１９は、閉じ側、開き側両パイロットポート１９ａ,１９ｂを有し、かつ、閉じ側パイロットポート１９ａにバネ１９ｃが設けられた油圧パイロット式の開閉弁として構成され、両側パイロットポート１９ａ,１９ｂがそれぞれ閉じ側、開き側パイロットライン２０,２１及びシャトル弁２２を介してリモコン弁９（コントロールバルブ１０）の両側パイロットライン２３,２４に接続されている。

また、逃がし弁１９の開き側パイロットライン２１には、絞り２５とチェック弁２６が並列に接続されたスローリターン弁２７が設けられている。

この構成によると、リモコン弁９の旋回操作時に、旋回パイロット圧が逃がし弁１９の両側パイロットポート１９ａ,１９ｂに送られ、閉じ側がバネ１９ｃの力だけ勝ることで逃がし弁１９が閉じ位置イにセットされる。従って、逃がしライン１８が閉じられるため、旋回動作が通常通り行われる。

一方、リモコン弁９（コントロールバルブ１０）が中立復帰すると、逃がし弁１９の閉じ側パイロットポート１９ａのパイロット油は直ちにリモコン弁９経由でタンクＴに戻るのに対し、開き側パイロットポート１９ｂのパイロット油はスローリターン弁２７の遅延作用によって一定時間遅れてタンクＴに戻る。

この油の戻りの時間差により、逃がし弁１９が、開き位置ロに切換わり、リモコン弁パイロット圧がほぼ無くなるまでの一定時間（絞り２５の開口設定によって決まる）だけこの開き位置ロに保持される。

従って、この間、逃がしライン１８が開いて両側管路１１,１２が短絡されることにより、油が流出側から流入側に直接戻されるため、リリーフ弁１３,１４のブレーキ作用が働かない。つまり、流出側の急激な昇圧が回避される。

そして、一定時間後、逃がし弁１９の両側パイロットポート１９ａ,１９ｂが同圧となるため、逃がし弁１９がバネ力によって閉じ位置イに戻り、リリーフ弁１３,１４によるブレーキ作用が働いてモータ８が停止する。

こうして、慣性の小さいショベルの停止ショックの発生が防止され、スムーズな旋回停止作用を得ることができる。

以上の構成は特許文献１に示されている。
特開２００３−１０６３０５号公報

ところが、上記のようにスローリターン弁２７（固定絞り２５）の遅延作用によって逃がし弁１９を一定時間開く公知技術によると、逃がし弁１９の開き時間（リモコン弁９を中立に戻した後、モータ８にブレーキ力が作用するまでの時間）、つまり旋回停止特性が絞り２５によって一パターンに限られてしまう。

従って、オペレータによっては操作フィーリングが悪く感じられる場合があった。

また、上部旋回体２や作業装置６のサイズ、重量によって旋回時の慣性が変化するため、機械に応じて旋回停止特性を変えるのが望ましいにもかかわらず、この要請に応えることができないという問題があった。

なお、絞り２５を交換し、あるいは絞り２５を可変式として適宜手動で調整することは可能であるが、そのための操作がきわめて面倒で現実的でない。

そこで本発明は、オペレータの好みや機械に応じた旋回停止特性を簡単にかつ自由に設定することができる旋回制御装置を提供するものである。

請求項１の発明は、油圧ポンプからの圧油により回転して旋回体を旋回駆動する油圧モータと、操作手段により切換操作されて上記油圧モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブの中立復帰時に上記油圧モータの流出側管路にブレーキ圧を発生させるリリーフ弁と、油圧モータの両側管路を短絡させる逃がしラインと、この逃がしラインを開閉する油圧パイロット式の逃がし弁と、この逃がし弁を開閉制御する制御手段とを備え、この制御手段は、逃がし弁の開き側パイロット圧を制御する電磁比例弁と、この電磁比例弁に開度指令信号を送るコントローラとを具備し、
（Ａ） 上記コントロールバルブの旋回操作時に逃がし弁を閉じ、
（Ｂ） コントロールバルブの中立復帰時に、逃がし弁を設定された時間だけ開いて流出側管路の油を流入側管路に逃がす
ように構成されたものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、コントロールバルブとして油圧パイロット式の切換弁、操作手段としてこのコントロールバルブにパイロット圧を送るリモコン弁がそれぞれ用いられ、このリモコン弁からコントロールバルブに送られるパイロット圧を逃がし弁のパイロット圧として用いるように構成されたものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、コントロールバルブとして油圧パイロット式の切換弁、操作手段としてこのコントロールバルブにパイロット圧を送るリモコン弁がそれぞれ用いられ、このリモコン弁からコントロールバルブに送られるパイロット圧を電磁比例弁の一次圧として用いるように構成されたものである。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの構成において、旋回体にブームとアームを備えた作業装置が取付けられるとともに、この作業装置の作業半径を検出する検出手段が設けられ、制御手段は、この検出手段によって検出される作業装置の作業半径の変化に応じて、設定時間を、小作業半径で長くなる方向に変化させるように構成されたものである。

本発明によると、コントロールバルブの中立復帰時に、コントローラで電磁比例弁を制御して逃がし弁の作動時間を制御する電子制御方式を採用するため、逃がし弁の作動時間をコントローラによって自由にかつ簡単に設定することができる。このため、オペレータの好みや機械（作業装置や旋回体のサイズ、重量）に応じて最適の旋回停止特性を得ることができる。

この場合、請求項２,３の発明によると、リモコン弁でコントロールバルブを切換操作し、このリモコン弁からのパイロット圧で逃がし弁を作動させる構成において、上記効果を得ることができる。

請求項３の発明によると、リモコン弁のパイロット圧を電磁比例弁の一次圧として利用するため、電磁比例弁専用のパイロット圧源が不要となるとともに、電磁比例弁の作動をリモコン弁の旋回操作／中立復帰操作に確実に連動させることができる。

また、電磁比例弁がフェール（スティック）状態に陥って全開状態で固定されても、一次圧（リモコン圧）は一定時間後に消滅するため、逃がし弁が開きっ放しになってブレーキ動作が不能となるおそれがない。

ところで、ショベルにおいては、作業装置のブーム、アームの角度によって作業半径が変化し、この作業半径によって慣性が変化する。そして、作業半径（慣性）が小さいほど停止ショックが大きいため、逃がし弁の作動時間を長くとる必要がある。逆に、作業半径が大きいと停止ショックが小さく、旋回体を速やかに停止させる上で逃がし弁の作動時間を短縮するのが望ましい。

この点、請求項４の発明によると、作業装置の作業半径を検出し、この作業半径の変化に応じて、逃がし弁の作動時間を小作業半径で小さくなる方向に変化させる構成としたから、作業半径の変化にかかわらず、好ましい旋回停止機能が得られ、操作フィーリングが良いものとなる。

本発明の実施形態を図１〜図３によって説明する。

図１に実施形態に係る旋回制御装置の構成を示す。図１において、図５と同一部分には同一符号を付して示している。

この実施形態の基本的な構成と作用、すなわち、
（Ａ） ポンプ７とモータ８との間に、操作手段としてのリモコン弁９からのパイロット圧により切換わり作動する油圧パイロット式のコントロールバルブ１０が設けられ、このコントロールバルブ１０によってモータ８に対する圧油の給排が制御される点の構成と、この構成による作用、
（Ｂ） モータ８の両旋回管路１１,１２間に、ブレーキ弁としてのリリーフ弁１３,１４とチェック弁１５,１６が対向配置で設けられ、このリリーフ弁回路とチェック弁回路とが連通路１７で接続されるとともにタンクＴに接続される点の構成と、この構成による作用、
（Ｃ） 両旋回管路１１,１２間に逃がしライン１８と、この逃がしライン１８を開閉する油圧パイロット式の開閉弁である逃がし弁１９とが設けられ、この逃がし弁１９の両側パイロットポート１９ａ,１９ｂに接続された閉じ側、開き側両パイロットライン２０,２１がシャトル弁２２を介してリモコン弁９（コントロールバルブ１０）の両側パイロットライン２３,２４に接続される点の構成と、この構成による作用
は図５に示す公知技術と同じである。

実施形態においては、リモコン弁９（コントロールバルブ１０）の旋回操作／中立復帰操作に連動して逃がし弁１９を開閉制御する制御手段として、電磁比例弁２８と、この電磁比例弁２８の開度を制御するコントローラ２９とが設けられている。

電磁比例弁２８は、図５に示す公知技術におけるスローリターン弁２７と同様に、逃がし弁１９の開き側パイロットライン２１に設けられ、リモコン弁９のパイロット圧を一次圧として供給され、二次圧を逃がし弁１９の開き側パイロットポート１９ｂに送る。

リモコン弁９から出力されるパイロット圧はパイロット圧センサ３０によって検出され、リモコン弁９が旋回操作された、あるいは中立復帰操作されたことを示す信号としてコントローラ２９に送られる。

コントローラ２９は、基本的には、この信号に基づいて電磁比例弁２８に制御信号を送り、その開度（二次圧）を制御する。この制御内容を図２に示す。

図２中、Ｐｉ１はリモコン弁９から逃がし弁１９の閉じ側パイロットポート１９ａに直接送られるパイロット圧、Ｐｉ２は電磁比例弁２８から開き側パイロットポート１９ｂに送られるパイロット圧である。

リモコン弁９が旋回操作されると、コントローラ２９から電磁比例弁２８にこれを全開させる信号が送られる。このため、旋回操作中はＰｉ１＝Ｐｉ２となり、逃がし弁１９はバネ１９ｃの力で閉じ位置イにセットされる。

この状態からリモコン弁９が中立復帰すると、逃がし弁１９の両側パイロットポート１９ａ,１９ｂのパイロット油がタンクＴに戻ることでパイロット圧Ｐｉ１、Ｐｉ２が０に向かって低下し始める。

ここで、コントローラ２９は、リモコン弁９の中立復帰に基づき、電磁比例弁２８に開度を減少させる信号を送る。これにより、電磁比例弁２８が絞り作用を行い、逃がし弁１９の開き側パイロットポート１９ｂからタンクＴに戻ろうとするパイロット油を絞るため、図２に示すように開き側パイロット圧Ｐｉ２が閉じ側パイロット圧Ｐｉ１から一定時間ｔだけ遅れて０となる。

従って、逃がし弁１９がこの遅延時間ｔで開き状態に保持されるため、リリーフ弁１３または１４によるブレーキ作用の開始が遅れ、これによって急激なブレーキによるショックの発生が防止される。

このブレーキ作用の遅れ時間（上記遅延時間ｔであって逃がし弁１９の開き作動時間）は、コントローラ２９から電磁比例弁２８に開度減少信号を送るタイミングと、指令する開度によって決まる。これらは、たとえばコントローラ２９に設けたダイヤル式の調整手段を操作すること等によって自由に設定し変更することができるため、オペレータの好みや作業装置のサイズ等に応じて最適の旋回停止特性を簡単に設定し、またその設定を変更することができる。

図３はコントローラ２９から電磁比例弁２８に開度減少信号を送るタイミングを変えることによって遅延時間ｔの設定を三通りｔａ、ｔｂ、ｔｃに変える状況を示す。Ｐｉ２ａは最も遅いタイミングで信号を送った場合、Ｐｉ２ｂは中間のタイミングで信号を送った場合、Ｐｉ２ｃは最も早いタイミングで信号を送った場合の各パイロット圧を示し、タイミングを遅くするほど同パイロット圧Ｐｉ２ａ、Ｐｉ２ｂ、Ｐｉ２ｃが０になるまでの時間ｔ（ｔａ、ｔｂ、ｔｃ）が短くなる。

一方、電磁比例弁２８に指令する開度を変えると、図示しないが開き側パイロット圧Ｐｉ２の立下りの角度が変わり、遅延時間ｔが変わることとなる。

なお、上記タイミングと開度の双方を組み合わせて変えることもできる。

このように、コントロールバルブ１０の中立復帰時に、コントローラ２９で電磁比例弁２８を制御して逃がし弁１９の作動時間を制御する電子制御方式を採用するため、逃がし弁１９の作動時間をコントローラ２９によって自由にかつ簡単に設定することができる。このため、オペレータの好みや機械（作業装置や旋回体のサイズ、重量）に応じて最適の旋回停止特性を得ることができる。

この場合、リモコン弁９のパイロット圧を電磁比例弁２８の一次圧として利用するため、電磁比例弁２８専用のパイロット圧源が不要となるとともに、電磁比例弁２８の作動をリモコン弁９の旋回操作／中立復帰操作に確実に連動させることができる。

また、電磁比例弁２８が、もしフェール（スティック）状態に陥って全開状態で固定されても、一次圧（リモコン圧）は一定時間後に消滅するため、逃がし弁１９は閉じ位置ロに確実に復帰する。このため、リリーフ弁１３,１４によるブレーキ動作が不能となるおそれがない。

なお、油圧ショベルには、各種制御のためにコントローラ、及び旋回パイロット圧を検出するセンサが標準装備されているため、これら既存設備をコントローラ２９及びパイロット圧センサ３０として兼用することができる。従って、停止ショック防止のための設備としては、実質的に、図４に示す従来のスローリターン弁２７に代えて電磁比例弁２８を設けるだけでよいため、コストを安くすることができる。

ところで、ショベルの作業半径は、図４の作業装置６を構成するブーム３、アーム４、バケット５（とくにブーム３とアーム４）の角度によって変化し、作業半径が小さくなるほど旋回慣性も小さくなるため、停止ショックも大きくなる。

従って、作業半径に応じて遅延時間ｔを変える（小作業半径で遅延時間ｔを長くする）ことにより、作業半径の変化にかかわらず好ましい旋回停止機能が得られ、操作フィーリングが良いものとなる。

そこでこの実施形態においては、ブーム３及びアーム４の角度をそれぞれセンサ３１,３２で検出し、この両者の角度によって決まる作業半径（旋回慣性）に応じて、開き側パイロット圧Ｐｉ２の変化特性（遅延時間ｔ）を変えるように構成されている。

この場合、変化特性を、予め設定した複数通り（たとえば図３のＰｉ２ａ〜Ｐｉ２ｃ）のうちから選択するようにしてもよい、作業半径ごとに無段階で変えるようにしてもよい。

なお、バケット角度も検出し、遅延時間ｔを変える要素として用いる構成をとってもよい。

他の実施形態
（１） 上記実施形態では、リモコン弁９からコントロールバルブ１０に送られるパイロット圧を逃がし弁１９の閉じ側パイロット圧、および電磁比例弁２８の一次圧として利用する構成をとったが、これら用の別のパイロット油圧源を用い、リモコン弁９の操作に連動してこのパイロット油圧源から逃がし弁１９及び電磁比例弁２８に油圧を送るように構成してもよい。

（２） リモコン弁９によってコントロールバルブ１０を切換操作する構成に代えて、コントロールバルブ１０を直接手動で切換操作する構成、あるいはレバー操作されるポテンショメータで電磁切換式のコントロールバルブを切換操作する構成を用いてもよい。この場合、それぞれの操作レバーが操作手段となる。

本発明の実施形態にかかる旋回制御装置の構成を示す図である。 同装置の基本的な作用を説明するための旋回パイロット圧の特性図である。 同装置による遅延時間の設定を三通りの変える状況を示す図である。 本発明の適用対象となる油圧ショベルの概略側面図である。 従来の制御装置の構成を示す図である。

符号の説明

７ 油圧ポンプ
８ 旋回用の油圧モータ
９ 操作手段としてのリモコン弁
１０ コントロールバルブ
１１,１２ モータ両側管路
１３,１４ ブレーキ弁としてのリリーフ弁
１８ 逃がしライン
１９ 逃がし弁
１９ａ 逃がし弁の閉じ側パイロットポート
１９ｂ 同開き側パイロットポート
１９ｃ 閉じ側のバネ
２０ 逃がし弁の閉じ側パイロットライン
２１ 同開き側パイロットライン
２２ リモコン弁からのパイロット圧を逃がし弁のパイロット圧として取り出すシャトル弁
２８ 制御手段を構成する電磁比例弁
２９ 同コントローラ
３０ コントロールバルブの旋回操作を検出するパイロット圧センサ
３１ 作業半径を決めるブーム角度を検出するブーム角度センサ
３２ 同アーム角度を検出するアーム角度センサ

Claims (4)

1. 油圧ポンプからの圧油により回転して旋回体を旋回駆動する油圧モータと、操作手段により切換操作されて上記油圧モータに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブと、このコントロールバルブの中立復帰時に上記油圧モータの流出側管路にブレーキ圧を発生させるリリーフ弁と、油圧モータの両側管路を短絡させる逃がしラインと、この逃がしラインを開閉する油圧パイロット式の逃がし弁と、この逃がし弁を開閉制御する制御手段とを備え、この制御手段は、逃がし弁の開き側パイロット圧を制御する電磁比例弁と、この電磁比例弁に開度指令信号を送るコントローラとを具備し、
   （Ａ） 上記コントロールバルブの旋回操作時に逃がし弁を閉じ、
   （Ｂ） コントロールバルブの中立復帰時に、逃がし弁を設定された時間だけ開いて流出側管路の油を流入側管路に逃がす
   ように構成されたことを特徴とする旋回制御装置。
2. コントロールバルブとして油圧パイロット式の切換弁、操作手段としてこのコントロールバルブにパイロット圧を送るリモコン弁がそれぞれ用いられ、このリモコン弁からコントロールバルブに送られるパイロット圧を逃がし弁のパイロット圧として用いるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の旋回制御装置。
3. コントロールバルブとして油圧パイロット式の切換弁、操作手段としてこのコントロールバルブにパイロット圧を送るリモコン弁がそれぞれ用いられ、このリモコン弁からコントロールバルブに送られるパイロット圧を電磁比例弁の一次圧として用いるように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載の旋回制御装置。
4. 旋回体にブームとアームを備えた作業装置が取付けられるとともに、この作業装置の作業半径を検出する検出手段が設けられ、制御手段は、この検出手段によって検出される作業装置の作業半径の変化に応じて、設定時間を、小作業半径で長くなる方向に変化させるように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の旋回制御装置。

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