JP2009144505A - 小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】操作レバーの操作を介して小旋回式掘削機のブームを最大高さに上昇させる場合、ブームシリンダに生じる衝撃を緩和する小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ブーム回動領域中、予め設定された回動角度を超過した場合、ブームシリンダ１４の減速が要求されるブーム減速領域を検出するブーム減速領域検出手段１７を設け、ブーム減速領域検出手段１７によりブーム１５が設定された回動角度を超過し、ブームシリンダ１４の減速が要求される場合、ブームシリンダ１４を減速させることができるように、制御部２１からの制御信号により第１、２油圧ポンプ１１，１１ａの吐出流量を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、操作レバーの操作を介して小旋回式掘削機のブームを最大高さに上昇させる場合、ブームシリンダに生じる衝撃をブームシリンダに供給される油圧ポンプの流量を制御することにより緩和させ、機械の安全性を確保することができるようにした小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置及びその制御方法に係る。

一般に、旋回式掘削機は、標準型及び小旋回型に大別される。
標準型旋回式掘削機は、下部走行体に対して上部旋回体が前後方向に向かった姿勢(作業装置が下部走行体の走行方向に向かう姿勢)の場合、上部旋回体の後端部が下部走行体の前後部(走行方向の端部)よりも外に突出され、下部走行体に対して上部旋回体が横方向に向かった姿勢(作業装置が下部走行体の走行方向に直角方向に向かう姿勢)の場合、上部旋回体の後端部が下部走行体の左右側部(走行方向に直角方向の端部)よりも外部に突出されるようになっている。

したがって、上部旋回体の後端部から旋回中心までの距離が長く、上部旋回体の後回転モーメントが大きくなるので、作業装置の掘削力により生じる前回転モーメントに起因して転倒される恐れはあまりない。そのことから、大きい掘削力が可能となるので、作業性の向上を期待できる。

図１に示したように、小旋回型旋回式掘削機は、下部走行体１に対して上部旋回体２が前後方向に向かった姿勢である場合、上部旋回体２の後端部が下部走行体１の前後部内に包含され、且つ、下部走行体１に対して上部旋回体２が横方向に向かった姿勢である場合、上部旋回体２の後端部が下部走行体１の左右側部内に包含される建設機械である。

図中、説明されていない符号Ａは、それぞれの油圧シリンダにより駆動されるブーム、アーム、バケットからなる作業装置であり、Ｂは、上部旋回体２上に搭載される運転室である。

したがって、上部旋回体２の後端部が下部走行体１の前後部、左右側部内に包含されるので、下部走行体１の近辺の障害物に干渉することなく、旋回時、安定性を確保することができ、且つ、オペレータによる旋回操作性に優れる。つまり、下部走行体１の近辺に障害物があっても、上部旋回体２の旋回が可能なので、狭小な作業現場での作業を容易に行うことができる。

そこで、“前後部”及び“左右側部”とは、運転席の運転者を基準とした方向を意味する。

旋回式掘削機は、作業装置の旋回半径を減らすためにブームシリンダの長さを標準型よりさらに長くし、ブームの最大角度が大きくなるように設けられる。ブームが最大高さに上昇されるようにブームシリンダを駆動させている途中、ブームシリンダのストロークエンドに到達して急停止された場合、クッションプランジャーに接触することになり、衝撃が生じるので、当該部品の耐久性が劣化し、使用寿命が短縮される。また、該当位置でのブームシリンダ及びブームの形状に起因した急停止による機械の安定性が劣るという問題点を持っている。

ブームを最大高さに上昇させる場合、衝撃が生じることを防止し得るようにブームシリンダの所定位置にブームシリンダの回動角度を検出するための近接センサーを設け、その近接センサーからの検出信号によってブームシリンダに供給される作動油を制御することができるように主制御弁を制御する別の駆動装置を使用する。そのため、当該部品点数の増加により油圧回路構造の複雑化を招き、製造コストの増加を招来する。

本発明の実施例は、操作レバーの操作により小旋回式掘削機のブームを最大高さに上昇させる場合、主制御弁を制御せず、油圧ポンプの吐出流量のみを制御することにより、機械の安定性を確保すると共に、油圧回路構成の単純化を図ることができるようにした小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置及びその制御方法に係る。

本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置は、
エンジンに連結される第１、２油圧ポンプと、
運転者による操作量に対応して操作信号を出力する操作レバーと、
第１油圧ポンプに連結されるブームシリンダと、
第１油圧ポンプとブームシリンダとの間の流路に設けられ、切換時、ブームシリンダの起動、停止及び方向切換を制御する主制御弁と、
操作レバーの操作量に応じたブーム上昇信号圧力を検出するブーム上昇操作量検出手段と、
検出されたブーム上昇操作量に応じて要求される第１、２油圧ポンプの流量を演算する油圧ポンプ流量演算手段と、
操作レバーによるブーム上昇の操作時、油圧ポンプ流量演算手段により演算された流量によって第１、２油圧ポンプの吐出流量を合流させ、ブームシリンダに供給するブーム合流手段と、
ブーム回動領域中、予め設定された回動角度を超過した場合、ブームシリンダの減速が要求されるブーム減速領域を検出するブーム減速領域検出手段と、
ブーム減速領域検出手段によりブームが設定された回動角度を超過し、ブームシリンダの減速が要求される場合、ブームシリンダを減速させることができるように、制御部からの制御信号により第１、２油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御器とを含める。

前述したブーム減速領域検出手段としては、オン/オフの非接触式近接スイッチが用いられる。

本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法は、
エンジン、第１、２油圧ポンプ、エンジンの速度設定手段、第１油圧ポンプに連結されるブームシリンダ、ブームシリンダに供給される作動油を制御する主制御弁、操作量に対応して信号圧力を出力する操作レバー、第１、２油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御器、第１、２油圧ポンプの流量を合流させるブーム合流手段、ブームの上昇信号圧力を検出するブーム上昇操作量検出手段、ブームの上昇速度を予測するブーム上昇速度演算手段、ブームの減速可否を判断するブーム減速判断手段及び減速流量演算手段を包含する小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法において、
操作レバーの操作量に応じたブーム上昇信号圧力を検出する段階と、
エンジンの速度設定手段とブーム上昇操作量検出手段からの出力信号によってブーム上昇速度を予測する段階と、
ブームの回動領域中、予め設定された回動角度を超過し、減速が要求されるブームの減速領域を検出する段階と、
ブームが設定された回動角度を超過する場合、機械に衝撃を与えずにブームシリンダを減速させることができるように第１、２油圧ポンプの吐出流量を算出する段階と、
ブーム減速判断手段から出力信号が発せられた場合、出力信号の発生時点からブーム上昇速度演算手段の出力値が減速流量演算手段の出力値を超過しないように第１、２油圧ポンプの吐出流量を制限する段階と、
第１、２油圧ポンプの制限された吐出流量によって第２油圧ポンプの合流可否を決定する段階とを含める。

前述した減速流量演算手段は、ブームの減速領域初期時点から所定時間まではブームシリンダに供給される作動油を減少させ、その後からブームシリンダに供給される作動油を一定に維持する第１パターンと、
ブームの減速領域所定区間からブームシリンダのストロークエンド時まで第１パターンの作動油より多い油量を一定に保持する第２パターンとを包含し、ブーム減速判断手段からの出力信号によって第１、２パターンのうち、何れか一つを選択して出力する。

前述したブーム減速判断手段は、ブーム減速領域検出手段からの出力信号がオンの状態に切り換えられてからブーム上昇動作を始める場合と、ブーム上昇の途中にブーム減速領域検出手段からの出力信号がオンの状態に切り換えらた場合とに区分して判断し、それに応じてそれぞれの検出信号を出力する。

前述した第１、２油圧ポンプの吐出流量を制限させる場合、第２油圧ポンプの吐出流量を先に減少させてから、次いで第１油圧ポンプの吐出流量を減少させる。

前述したブーム合流手段は、第２油圧ポンプの吐出流量が最小値に到達したとき、合流が遮断され得るように制御信号を出力する。

前述したように、本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置は、次のような利点を有する。
操作レバーの操作を介して小旋回式掘削機のブームを最大高さに上昇させる場合、主制御弁を制御せず、ブームシリンダに供給の油圧ポンプの吐出流量のみを制御し、ブームシリンダの駆動を制御することによって、油圧回路の構成を簡略化することができ、且つ、製造コストを削減し、機械の安定性を確保することにより信頼性を高めることができる。

以下、本発明の望ましい実施例を添付図面に基づいて述べるが、これは、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が発明を容易に実施し得る程度に詳細に説明するためのものであって、これに本発明の技術的な思想及び範疇が限定されるものではない。

図２及び図３Ａ、Ｂに示したように、本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置は、
エンジン１０に連結される第１油圧ポンプ１１、第２油圧ポンプ１１ａ、パイロットポンプ１２と、
エンジン１０の速度設定手段(図示せず)と、
運転者による操作量に対応して操作信号を出力する操作レバー１３と、
第１油圧ポンプ１１及び第２油圧ポンプ１１ａに連結され、作動油の供給時、ブーム１５を駆動させるブームシリンダ１４と、
操作レバー１３によりブーム１５の上昇操作時、操作レバー１３の操作量に応じて第１油圧ポンプ１１及び第２油圧ポンプ１１ａの吐出流量を合流させ、ブームシリンダ１４に供給するブーム合流手段２３と、
第１油圧ポンプ１１とブームシリンダ１４との間の流路に設けられ、操作レバー１３からの信号圧力によって切り換えられるとき、ブームシリンダ１４の起動、停止及び方向切換を制御する主制御弁１６と、
操作レバー１３の操作量に応じたブーム１５の上昇信号圧力を検出するブーム上昇操作量検出手段１９と、
エンジン１０の速度設定手段及びブーム上昇操作量検出手段１９からの出力信号によりブーム１５の上昇速度を予測するブーム上昇速度演算手段と、
ブーム１５の回動領域中、予め設定された回動角度を超過した場合、ブームシリンダ１４の減速が要求されるブーム減速領域を検出するブーム減速領域検出手段１７と、
ブーム上昇速度演算手段及びブーム減速領域検出手段１７からの出力信号によりブーム１５の減速可否を判断するブーム減速判断手段と、
ブーム減速判断手段からの出力信号により機械に衝撃を与えずにブームシリンダ１４を減速させることができる作動油の最大領域(ｂｏｕｎｄａｒｙ)を算出する減速流量演算手段と、
ブーム減速領域検出手段１７によりブームが設定された回動角度を超過するときにブームシリンダ１４を減速させることができるように、制御部２１からの制御信号により第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの吐出流量を制御する流量制御器１８、１８ａを含める。

前述したブーム減速領域検出手段１７としては、オン/オフ非接触式近接スイッチが用いられる。

図中、説明されていない符号２０及び２２は、制御部２１からの制御信号に対応してパイロットポンプ１２のパイロット信号圧力を流量制御器１８、１８ａ(油圧ポンプの斜板角度調節器具をいう)に供給する比例制御弁である。

以下、本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の作動について添付図面を参照して詳述する。

図２に示したように、運転者により操作レバー１３を操作し、パイロットポンプ１２からパイロット信号圧力が主制御弁１６の右側端(受圧部)に供給される場合、スプールが、図において左側方向に切り換えられる。第１、２油圧ポンプ１１、１１ａから吐き出される作動油は主制御弁１６を経てブームシリンダ１４のラージチェンバーに供給されるので、ブームシリンダ１４を伸張駆動させることになる。

この際、ブームシリンダ１４のスモールチェンバーから排出される作動油は、主制御弁１６を経て油圧タンクに戻される。

一方、操作レバー１３の操作によりパイロット信号圧力が主制御弁１６の左側端(受圧部)に供給される場合、内部スプールが、図において右側方向に切り換えられる。第１、２油圧ポンプ１１、１１ａから吐き出される作動油は主制御弁１６を経てブームシリンダ１４のスモールチェンバーに供給されるので、ブームシリンダ１４を駆動させることになる。

この際、ブームシリンダ１４のラージチェンバーから排出される作動油は、主制御弁１６を経て油圧タンクに戻される。

一方、ブームシリンダ１４を伸長駆動させるパイロット信号圧の供給ラインに設けられたブーム上昇操作量検出手段１９(一例で圧力センサーが用いられる)によりブーム上昇信号圧力を検出し、検出された圧力信号は制御部２１に供給される。

制御部２１では、検出された圧力信号に応じて要求される第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの流量を演算する。演算された流量によって第１油圧ポンプ１１及び第２油圧ポンプ１１ａの流量をそれぞれ設定し、第１油圧ポンプ１１の流量が最大であれば、ブーム合流手段２３をオンにし、第２油圧ポンプ１１ａの流量を合流させる。

また、ブーム１５の回動領域中、予め設定された回動角度を超過すると、ブーム減速領域検出手段１７(一例でオン/オフ非接触式近接スイッチが用いられる)はこれを検出し、該検出信号は制御部２１に供給される。

したがって、制御部２１では、ブーム１５が予め設定された回動角度を超過したと判断されたとき、ブームシリンダ１４を減速させるために演算されたポンプ流量を制限するが、そうでない場合には、先に演算されたポンプ流量を制御信号として出力する。

ポンプ流量を制限するに際し、全体流量を比較して制限するものの、合流側流量を先に減らし、合流側第２油圧ポンプ１１ａの流量が最小であれば、ブーム合流手段２３が遮断されるようにし、その後第１油圧ポンプ１１の流量を減らす。

制御部２１からの制御信号により駆動される比例制御弁２０、２２によりパイロットポンプ１２から吐き出されるパイロット信号圧力が流量制御器１８、１８ａに供給される。流量制御器１８、１８ａにより第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの斜板傾転角を制御することによって、第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの吐出流量を制御することができる

したがって、ブーム減速領域検出手段１７によりブーム１５が予め設定された回動角度を超過したときにブームシリンダ１４に供給される作動油を減少させることができるように、主制御弁１６を制御しなくてもブームシリンダ１４に供給される第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの吐出流量を減らし、ブームシリンダ１４のストロークエンド時に生じられる衝撃を減少させることができる。

図４は、本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法を示したフローチャートである。
Ｓ１００で、運転者による操作レバー１３の操作によってブームシリンダ１４を伸長駆動させる場合、主制御弁１６のパイロット信号ラインに設けられたブーム上昇操作量検出手段１９によりブーム上昇信号圧力を検出し、検出された信号圧力は制御部２１に伝達される。

Ｓ１５０で、検出された信号圧力に対応した第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの吐出流量を演算する。

Ｓ２００で、エンジン１０の速度設定手段及びブーム上昇操作量検出手段１９からの出力信号によりブーム上昇速度を予測する。

Ｓ３００で、ブームシリンダ１４の駆動によりブーム１５が予め設定された回動角度を超過した場合、ブーム減速領域検出手段１７によりブームシリンダ１４の減速が要求される減速領域(図２において「オフ領域」と、「オン領域」で表記される)を検出し、且つ、出力信号は制御部２１に伝達される。

Ｓ４００で、ブーム減速領域検出手段１７の出力信号によりブームシリンダ１４の減速が要求された場合、機械に衝撃を与えずにブームシリンダ１４を減速させることが可能となるように作動油の最大領域を算出する。

この際、図３Ａに示したように、ブーム１５の減速領域初期時点から所定時間(Ｔ_１)までは、ブームシリンダ１４に供給される作動油を減少させ、その後からブームシリンダ１４に供給される作動油を一定に維持(Ｃ１で表記する)することができる(第１パターンと称する)。

図３Ｂに示したように、ブーム１５の減速領域所定区間からブームシリンダ１４のストロークエンド時まで(図２において「オン領域」で表記される)第１パターンにおける作動油より相対的に多い油量を一定に維持(Ｃ２で表記される)することができる(第２パターンと称する)。

前述したブーム減速判断手段からの出力信号によって第１、２パターンのうち、いずれか一つを選択して出力する。

この際、ブーム減速領域検出手段１７からの出力信号がオンの状態に切り換えられてからブーム上昇動作を始める場合と、ブーム上昇の途中にブーム減速領域検出手段１７からの出力信号がオンの状態に切り換えられた場合とに区分して判断し、それに応じてそれぞれの検出信号を出力する。

この際、Ｃ１、Ｃ２及びＴ_１などのパラメータ値は、実験を通じたチューニングにより最適の値を見出すことができる。

Ｓ５００で、ブーム減速判断手段から出力信号が発生されない場合、Ｓ１５０にて算出した油圧ポンプの流量をその通り出力する。

ブーム減速判断手段から出力信号が発生される場合、出力信号発生時点からブーム上昇速度演算手段の出力値が減速流量演算手段の出力値を超過しないように第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの吐出流量を制限する。

この際、第２油圧ポンプ１１ａの吐出流量を先に減少させてから、第１油圧ポンプ１１の吐出流量を減少させる。

Ｓ６００で、第１、２油圧ポンプ１１、１１ａの制限された吐出流量によって第２油圧ポンプ１１ａの合流可否を決定する。そこで、第２油圧ポンプ１１ａの吐出流量が最小値に到達するとき、合流が遮断され得るように制御信号を出力する。

一般的な小旋回式掘削機の概略図である。 本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の概略図である。 本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置を説明するためのグラフである。 本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置を説明するためのグラフである。 本発明の実施例による小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置を制御する方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 第１油圧ポンプ
１１ａ 第２油圧ポンプ
１２ パイロットポンプ
１３ 操作レバー
１４ ブームシリンダ
１５ ブーム
１６ 主制御弁
１７ ブーム減速領域検出手段
１８、１８ａ 流量制御器
１９ ブーム上昇操作量検出手段
２０ 比例制御弁
２１ 制御部
２２ 比例制御弁
２３ ブーム合流手段

Claims (7)

1. エンジンに連結される第１、２油圧ポンプと、
   運転者による操作量に対応して操作信号を出力する操作レバーと、
   前記第１油圧ポンプに連結されるブームシリンダと、
   前記第１油圧ポンプとブームシリンダとの間の流路に設けられ、切換時、ブームシリンダの起動、停止及び方向切換を制御する主制御弁と、
   前記操作レバーの操作量に応じたブーム上昇信号圧力を検出するブーム上昇操作量検出手段と、
   検出されたブーム上昇操作量に応じて要求される第１、２油圧ポンプの流量を演算する油圧ポンプ流量演算手段と、
   前記操作レバーによるブーム上昇の操作時、油圧ポンプ流量演算手段により演算された流量によって第１、２油圧ポンプの吐出流量を合流させ、ブームシリンダに供給するブーム合流手段と、
   前記ブーム回動領域中、予め設定された回動角度を超過する場合、ブームシリンダの減速が要求されるブーム減速領域を検出するブーム減速領域検出手段と、及び、
   前記ブーム減速領域検出手段によりブームが回動角度を超過してブームシリンダの減速が要求される場合、ブームシリンダを減速させることができるように制御部からの制御信号により第１、２油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御器を含めることを特徴とする小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置。
2. 前記ブーム減速領域検出手段としては、オン/オフの非接触式近接スイッチが用いられることを特徴とする請求項１に記載の小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置。
3. エンジン、第１、２油圧ポンプ、エンジンの速度設定手段、第１油圧ポンプに連結されるブームシリンダ、ブームシリンダに供給される作動油を制御する主制御弁、操作量に対応して信号圧力を出力する操作レバー、第１、２油圧ポンプの吐出流量を制御する流量制御器、第１、２油圧ポンプの流量を合流させるブーム合流手段、ブームの上昇信号圧力を検出するブーム上昇操作量検出手段、ブームの上昇速度を予測するブーム上昇速度演算手段、ブームの減速可否を判断するブーム減速判断手段及び減速流量演算手段を包含する小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法において、
   前記操作レバーの操作量に応じたブーム上昇信号圧力を検出する段階と、
   前記エンジンの速度設定手段とブーム上昇操作量検出手段からの出力信号によってブーム上昇速度を予測する段階と、
   前記ブームの回動領域中、予め設定された回動角度を超過し、減速が要求されるブームの減速領域を検出する段階と、
   前記ブームが予め設定された回動角度を超過した場合、機械に衝撃を与えずにブームシリンダを減速させることができるように第１、２油圧ポンプの吐出流量を算出する段階と、
   前記ブーム減速判断手段から出力信号が発せられた場合、出力信号の発生時点からブーム上昇速度演算手段の出力値が減速流量演算手段の出力値を超過しないように第１、２油圧ポンプの吐出流量を制限する段階と、及び
   前記第１、２油圧ポンプの制限された吐出流量によって第２油圧ポンプの合流可否を決定する段階とを含めることを特徴とする小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法。
4. 前記減速流量演算手段は、
   ブームの減速領域初期時点から所定時間まではブームシリンダに供給される作動油を減少させ、その後からブームシリンダに供給される作動油を一定に維持する第１パターンと、
   前記ブームの減速領域所定区間からブームシリンダのストロークエンド時まで第１パターンの作動油より多い油量を一定に保持する第２パターンを包含し、
   前記ブーム減速判断手段からの出力信号によって第１、２パターンのうち、何れか一つを選択して出力することを特徴とする請求項３に記載の小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法。
5. 前記ブーム減速判断手段は、ブーム減速領域検出手段からの出力信号がオンの状態に切り換えられてからブーム上昇動作を始める場合と、ブーム上昇の途中にブーム減速領域検出手段からの出力信号がオンの状態に切り換えらた場合とに区分して判断し、それに応じてそれぞれの検出信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法。
6. 前記１、２油圧ポンプの吐出流量を制限させる場合、第２油圧ポンプの吐出流量を先に減少させてから、第１油圧ポンプの吐出流量を減少させることを特徴とする請求項３に記載の小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法。
7. 前記ブーム合流手段は、前記第２油圧ポンプの吐出流量が最小値に到達したとき、合流が遮断され得るように制御信号を出力することを特徴とする請求項３に記載の小旋回式掘削機のブーム衝撃緩和装置の制御方法。

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