JP2012051660A - 可変容量型油圧モータの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コントローラ90は、ウインチドラム21のドラム軸のトルクのうち、巻下げ時のハンチング発生トルク領域が予め記憶された記憶手段と、トルク計80により検出されたドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域にある場合のみモータ容量制御装置40を制御する動作制御手段と、を備える。動作制御手段は、巻上げ側流路36から第2ピストン室41bへの作動油の供給を制限するように圧力補償弁50のセット荷重を制御する。
【選択図】図2
Description
前記ハンチング発生トルク領域とは、前記ウインチドラムのドラム軸のトルクのうち、前記動作制御手段を備えない場合にハンチングが発生するトルク領域である。
また、この可変容量型油圧モータの制御装置の動作制御手段は、圧力補償弁の巻下げ側パイロット油室と巻下げ側流路とを遮断するとともに巻下げ側パイロット油室とタンクとを連通させるように制御する場合がある。この場合、圧力補償弁は巻上げ側流路のみの圧力に応じて作動する、すなわち絶対圧制御型として作動する。よって、ハンチングの発生を抑制できる。ただし、この場合、圧力補償弁が差圧制御型として作動する場合に比べ、ウインチドラムの回転速度のレバー追従性は低下する。
また、この可変容量型油圧モータの制御装置の動作制御手段は、トルク検出手段により検出されたドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域にある場合のみモータ容量制御装置を上記のように制御する。すなわち、ドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域以外にある場合は、動作制御手段は上記の制御を行わない。したがって、ドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域以外にある場合のウインチドラムの回転速度や同回転速度のレバー追従性の低下を抑制できる。その結果、作業能率の低下を抑制できる。
また、この可変容量型油圧モータの制御装置では、パイロット油圧源を用いて圧力補償弁のセット荷重を制御する。ここで、吊荷の巻上げ及び巻下げを行うウインチドラムを備えた作業機械はパイロット油圧源を通常は備えている。したがって、圧力補償弁のセット荷重を制御するためにパイロット油圧源とは別にエネルギー源を設ける必要がある場合に比べ、制御装置の製造コストを低く抑えることができる。
図1〜図5を参照して第1実施形態に係る制御装置1およびその周辺について説明する。制御装置およびその周辺の構成を説明した後、制御装置の動作について説明する。
クレーン10は、図1に示すように、吊荷15の巻上げ及び巻下げを行う建設機械(作業機械)である。クレーン10は主に、旋回体11と、旋回体11に取り付けられたブーム12(作業腕、アタッチメント)と、旋回体11に取り付けられたガントリ16とを備える。
差圧Pa−Pbが所定値未満の場合、ポンプポート51とアクチュエータポート52とが連通し、巻上げ側流路36の作動油は第2ピストン室41bへ供給される。これにより油圧モータ23の容量は最小容量qa(図4参照)となる。
差圧Pa−Pbが所定の圧力Ps(図4参照)の場合、圧力一定制御を行う。すなわち、差圧Pa−Pbが大きくなろうとすると、巻上げ側流路36から第2ピストン室41bへの作動油の供給を制限させる、または、アクチュエータポート52をタンクTと連通させる。これにより油圧モータ23の容量が大きくなり、差圧Pa−Pbが小さくなる。一方で、差圧Pa−Pbが小さくなろうとすると、巻上げ側流路36から第2ピストン室41bへ作動油がより供給される。これにより油圧モータ23の容量が小さくなり、差圧Pa−Pbが大きくなる。
次に制御装置1の巻下げ時の動作を説明する。なお、巻下げ前の状態では油圧モータ23(図2参照)の容量が最小容量qa(図4参照)となっているとする。以下、油圧モータ23(図2参照)にかかる荷重が、軽荷重の場合、所定の荷重の場合、および、所定値以上の荷重の場合について順に説明する。
図2に示す油圧モータ23にかかる荷重が軽荷重の場合、油圧モータ23の容量は最小容量qa(図4参照)である。以下、カウンタバランス弁38の動作、および圧力補償弁50の動作について順に説明する。
油圧モータ23にかかる荷重が所定の荷重の場合(具体的には差圧Pa−Pbが圧力Ps(図4参照)付近になるとともに、モータ出力トルクTmがTc(図5参照)付近となる場合)、そのままでは油圧モータ23の回転速度が急変してハンチングが生じるところ、このハンチングを抑制するように制御装置1は動作する。以下、カウンタバランス弁38の動作、圧力補償弁50の動作、記憶手段92(図3参照)、および、動作制御手段93(図3参照)の動作について順に説明する。
a1×Tc<Tm<a2×Tc (式1)
a1及びa2は定数であり、具体的にはa1=0.9、a2=1.1などの数値を使用する。
Tm=Td/R (式2)
油圧モータ23(図2参照)にかかる荷重が所定値以上の荷重、具体的には、油圧モータ23の出力トルクがa2×Tc以上となる場合、動作制御手段93(図3参照)は動作しない。したがって、圧力補償弁50(図2参照)のセット荷重は通常の設定となり、動作制御手段93(図3参照)が動作する場合に比べウインチドラム21(図2参照)の回転速度は低下しない。
(特徴1−1)
この制御装置1の動作制御手段93(図3参照)は、図2に示すように、巻上げ側流路36から第2ピストン室41bへの作動油の供給を制限するように圧力補償弁50のセット荷重を制御する。この制御により、作動油が供給されることで油圧モータ23の傾転角を小さくする第2ピストン室41bへの作動油の供給が制限され、油圧モータ23の容量が大きくなる。よって、ハンチング(制御装置1及び油圧モータ23の不安定振動)の発生を抑制できる。ただし、この場合、油圧モータ23の容量を大きくしない場合に比べ、ウインチドラム21の回転速度は低下する。
また、この制御装置1の動作制御手段93(図3参照)は、トルク計80により検出されたウインチドラム21のドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域にある場合のみモータ容量制御装置40を上記のように制御する。すなわち、ウインチドラム21のドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域以外にある場合は、動作制御手段93(図3参照)は上記の制御を行わない。したがって、ウインチドラム21のドラム軸のトルクがハンチング発生トルク領域以外にある場合の、ウインチドラム21の回転速度の低下を抑制できる。その結果、クレーン10(図1参照)でのクレーン作業の能率の低下を抑制できる。
この制御装置1では、動作制御手段93(図3参照)による「巻上げ側流路36から第2ピストン室41bへの作動油の供給を制限するように圧力補償弁50のセット荷重を制御する」という制御を、次の構成により具体的に実現できる。すなわち、モータ容量制御装置40は、圧力補償弁50の油圧源側パイロット油室58に接続されたパイロット油圧源72と、油圧源側パイロット流路68に設けられた電磁比例減圧弁71と、を備える。そして、動作制御手段93(図3参照)による圧力補償弁50のセット荷重の制御は、電磁比例減圧弁71を制御して油圧源側パイロット油室58に作用させる圧力を制御することで行われる。
また、この制御装置1では、パイロット油圧源72を用いて圧力補償弁50のセット荷重を制御する。ここで、吊荷15の巻上げ及び巻下げを行うウインチドラム21を備えたクレーン10(図1参照)等の作業機械はパイロット油圧源72を通常は備えている。したがって、圧力補償弁50のセット荷重を制御するためにパイロット油圧源72とは別にエネルギー源を設ける必要がある場合に比べ、制御装置1の製造コストを低く抑えることができる。
図6に、第1実施形態の変形例1の制御装置101を示す。上記実施形態では、圧力制御手段として電磁比例減圧弁71(図2参照)を用いたが、電磁比例減圧弁71を電磁切替弁171に置換しても良い。
切替位置171bは、油圧源側パイロット油室58とパイロット油圧源72とを連通させる。
この制御装置101では、図6に示すように、圧力補償弁50のセット荷重の制御は、電磁切替弁171を切り替えて油圧源側パイロット油室58に作用させる圧力を制御することで行われる。この構成により、動作制御手段93による「圧力制御手段を制御して油圧源側パイロット油室58に作用させる圧力を制御する」という制御を具体的に実現できる。
図3に二点鎖線で第1実施形態の変形例2のトルク検出手段280(巻層数検出器284をのぞく)を示す。上記実施形態では、ドラム軸のトルクTdをトルク計80を用いて検出した。トルク検出手段280では、既存のモーメントリミッタ装置を用いてトルクTdを演算(推定)する。
Td=F・R3・R1(L,θ)/R2(L,θ) (式3)
ここで、R3はウインチドラム21(図2参照)のロープ巻き取り半径であり、演算手段294内であらかじめ設定しておく。R1は、図1に示すブーム12の支点(基端部)からブーム起伏ロープ17までの距離である。R1は、ブーム12の長さLとブーム12の起伏角度θとの関数であり、関係式を演算手段294(図3参照)内で設定しておく。R2は、ブーム12の支点から吊荷15までの距離(水平方向の距離)である。R2は、ブーム12の長さLとブーム12の起伏角度θとの関数であり、関係式を演算手段294(図3参照)内で設定しておく。
この制御装置1(101)は、図3に示すトルク検出手段280及び演算手段294により、ドラム軸のトルクTdを演算するので、ドラム軸のトルクTdを検出するトルク計80(図2参照)等の検出器を設ける必要がない。さらに、吊荷15の巻上げ及び巻下げを行うクレーン10が通常備えている既存のモーメントリミッタ装置は、トルク検出手段280が備える長さ選択手段281と、角度計282と、荷重計283とを備えている。よって、ドラム軸のトルクTdを検出する装置を既存のモーメントリミッタ装置とは別に設ける必要がある場合に比べ、制御装置1(101)の製造コストを低く抑えることができる。
第1実施形態の変形例2では、(式3)のウインチドラム21(図2参照)のロープ巻き取り半径R3は演算手段294(図3参照)内であらかじめ設定されたが、ウインチドラム21におけるロープの巻層数を巻層数検出器284(図1及び図3参照)で検出しても良い。
この制御装置1(101)では、巻層数検出器284(図3参照)により検出されたロープ14(図1参照)の巻層数を、ドラム軸のトルクTdの演算に用いるので、図1に示すロープ14の巻層数をドラム軸のトルクTdの演算に用いない場合に比べ、ロープ14の巻層数が変化したときでも精度良くウインチドラム21のドラム軸のトルクTdを演算できる。
図7に第2実施形態の制御装置301を示す。第1実施形態では圧力制御手段(図2に示す電磁比例減圧弁71、または、図6に示す電磁切替弁171)を用いて、ハンチング発生トルク領域のときにのみ圧力補償弁50(図2または図6参照)のセット荷重を制御した。図7に示す制御装置301では、巻下げ側パイロット流路66に圧力補償方式切替弁371(切替弁)が設けられ、ハンチング発生トルク領域のときにのみ圧力補償弁50を絶対圧制御型として機能させ、ハンチング発生トルク領域以外のときには圧力補償弁50を差圧制御型として機能させる。
第2切替位置371bは、絶対圧制御型で圧力補償弁50を機能させる切替位置であり、巻下げ側パイロット油室56と巻下げ側流路31とを遮断するとともに、巻下げ側パイロット油室56とタンクTとを連通させる切替位置である。
なお、油圧モータ23のモータ出力トルクTmがハンチング発生トルク領域に対応する領域以外のときは圧力補償方式切替弁371は第1切替位置となる。これにより、圧力補償弁50は差圧制御型の弁として機能する。
(特徴1−2)
この制御装置301の動作制御手段93(図3参照)は、図7に示すように、圧力補償弁50の巻下げ側パイロット油室56と巻下げ側流路31とを遮断するとともに巻下げ側パイロット油室56とタンクTとを連通させるように制御する。この制御により、圧力補償弁50は巻上げ側流路36のみの圧力(巻上げ側流路36とタンクTとの差圧)に応じて作動する、すなわち圧力補償弁50は絶対圧制御型として作動する。よって、ハンチング(制御装置301及び油圧モータ23の不安定振動)の発生を抑制できる。ただし、この場合、圧力補償弁50が差圧制御型として作動する場合に比べ、ウインチドラム21の回転速度のレバー追従性(オペレータのレバー操作に対する追従性)は低下する。
また、制御装置301の動作制御手段93(図3参照)は、トルク計80により検出されたウインチドラム21のドラム軸のトルクTdがハンチング発生トルク領域にある場合のみモータ容量制御装置40を上記のように制御する。すなわち、ドラム軸のトルクTdがハンチング発生トルク領域以外にある場合は、動作制御手段93は上記の制御を行わない。したがって、ドラム軸のトルクTdがハンチング発生トルク領域以外にある場合の、ウインチドラム21の回転速度のレバー追従性の低下を抑制できる。その結果、クレーン10(図1参照)の作業能率の低下を抑制できる。
この制御装置301では、動作制御手段93による「巻下げ側パイロット油室56と巻下げ側流路31とを遮断するとともに巻下げ側パイロット油室56とタンクTとを連通させるように制御する」という制御を次の構成により具体的に実現できる。すなわち、モータ容量制御装置40は、巻下げ側パイロット流路66に設けられた圧力補償方式切替弁371を備える。圧力補償方式切替弁371は、巻下げ側パイロット油室56と巻下げ側流路31とを連通させる第1切替位置371aと、巻下げ側パイロット油室56と巻下げ側流路31とを遮断するとともに、巻下げ側パイロット油室56とタンクTとを連通させる第2切替位置371bと、を備える。そして、動作制御手段93(図3参照)によるモータ容量制御装置40の制御は、圧力補償方式切替弁371を第2切替位置371bに切り替えることで行われる。
油圧モータ23(図7参照)のモータ出力トルクTmを既存のモーメントリミッタ装置を用いて演算しても良い。すなわち、第2実施形態と、第1実施形態の変形例2とを組み合わせて実施しても良い。
巻層数検出器284(図3参照)で、図7に示すウインチドラム21に巻かれたロープ14の巻層数を検出し、検出されたロープ14の巻層数を演算手段294(図3参照)でのドラム軸のトルクTdの演算に用いても良い。すなわち、第2実施形態と、第1実施形態の変形例3とを組み合わせて実施しても良い。
上述した実施形態の制御装置1(101、301)等は様々に変形できる。
例えば、図1に示すガントリ16はマストでも良い。この場合、マスト先端とブーム12先端とがガイラインでつながれる。この場合は例えば、このガイラインの張力を検出することでブーム12にかかる負荷を検出する。
また例えば、ブーム12は伸縮ブームでも良い。この場合は例えば、伸縮ブームを起伏させる起伏シリンダにかかる負荷を検出することでブーム12にかかる負荷を検出する。また、伸縮ブームの長さを検出し、検出されたブームの長さを用いて、長さ選択手段281による長さの選択を行っても良い。
14 ロープ
15 吊荷
21 ウインチドラム
23 油圧モータ(可変容量型油圧モータ)
31 巻下げ側流路
32、37 作動油供給源
36 巻上げ側流路
40 モータ容量制御装置
41 油圧式ピストン
41a 第1ピストン室
41b 第2ピストン室
50 圧力補償弁
56 巻下げ側パイロット油室
57 巻上げ側パイロット油室
58 油圧源側パイロット油室
66 巻下げ側パイロット流路
71 電磁比例減圧弁(圧力制御手段)
72 パイロット油圧源
80 トルク計(トルク検出手段)
90 コントローラ(制御手段)
92 記憶手段
93 動作制御手段
171 電磁切替弁(圧力制御手段)
280 トルク検出手段
281 長さ選択手段
282 角度計(角度検出手段)
283 荷重計(負荷検出手段)
284 巻層数検出器(巻層数検出手段)
371 圧力補償方式切替弁(切替弁)
371a 第1切替位置
371b 第2切替位置
T タンク
Claims (6)
- 吊荷の巻上げ及び巻下げを行うウインチドラムを駆動する可変容量型油圧モータの制御装置であって、
前記可変容量型油圧モータと作動油供給源とを接続する巻上げ側流路と、
前記可変容量型油圧モータと作動油供給源とを接続する巻下げ側流路と、
前記巻上げ側流路と前記巻下げ側流路とに接続されるとともに、前記可変容量型油圧モータの容量を制御するモータ容量制御装置と、
前記ウインチドラムのドラム軸のトルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルク検出手段および前記モータ容量制御装置に接続された制御手段と、を備え、
前記モータ容量制御装置は、前記巻上げ側流路と前記巻下げ側流路との差圧が所定値を超えないように制御する装置であって、
作動油が供給されることで前記可変容量型油圧モータの傾転角を大きくする第1ピストン室、および、作動油が供給されることで当該可変容量型油圧モータの傾転角を小さくする第2ピストン室を備えた油圧式ピストンと、
前記巻上げ側流路に接続された巻上げ側パイロット油室と、前記巻下げ側流路に接続された巻下げ側パイロット油室と、を備えるとともに、当該巻上げ側流路から前記第2ピストン室への作動油の供給をセット荷重に基づいて制御する圧力補償弁と、を備え、
前記制御手段は、
前記ウインチドラムのドラム軸のトルクのうち、巻下げ時のハンチング発生トルク領域が予め記憶された記憶手段と、
前記トルク検出手段により検出された前記ドラム軸のトルクが前記ハンチング発生トルク領域にある場合のみ前記モータ容量制御装置を制御する動作制御手段と、を備え、
前記動作制御手段は、前記巻上げ側流路から前記第2ピストン室への作動油の供給を制限するように前記圧力補償弁のセット荷重を制御する、または、前記巻下げ側パイロット油室と前記巻下げ側流路とを遮断するとともに当該巻下げ側パイロット油室とタンクとを連通させるように制御する、可変容量型油圧モータの制御装置。 - 前記モータ容量制御装置は、
前記圧力補償弁の油圧源側パイロット油室に接続されたパイロット油圧源と、
前記パイロット油圧源と前記油圧源側パイロット油室とを接続する流路に設けられた圧力制御手段と、を備え、
前記動作制御手段による前記圧力補償弁のセット荷重の制御は、前記圧力制御手段を制御して前記油圧源側パイロット油室に作用させる圧力を制御することで行われる、請求項1に記載の可変容量型油圧モータの制御装置。 - 前記圧力制御手段は、電磁比例減圧弁または電磁切替弁を備え、
前記動作制御手段による前記圧力補償弁のセット荷重の制御は、前記電磁比例減圧弁を制御して前記油圧源側パイロット油室に作用させる圧力を制御することで行われる、または、前記電磁切替弁を切り替えて前記油圧源側パイロット油室に作用させる圧力を制御することで行われる、請求項2に記載の可変容量型油圧モータの制御装置。 - 前記モータ容量制御装置は、前記圧力補償弁の前記巻下げ側パイロット油室と前記巻下げ側流路とを接続する巻下げ側パイロット流路に設けられた切替弁を備え、
前記切替弁は、
前記巻下げ側パイロット油室と前記巻下げ側流路とを連通させる第1切替位置と、
前記巻下げ側パイロット油室と前記巻下げ側流路とを遮断するとともに、前記巻下げ側パイロット油室とタンクとを連通させる第2切替位置と、を備え、
前記動作制御手段による前記モータ容量制御装置の制御は、前記切替弁を前記第2切替位置に切り替えることで行われる、請求項1に記載の可変容量型油圧モータの制御装置。 - 前記トルク検出手段は、
ブームの長さの一つを選択する長さ選択手段と、
前記ブームの起伏角度を検出する角度検出手段と、
前記ブームにかかる負荷を検出する負荷検出手段と、を備え、
前記ドラム軸のトルクは、前記長さ選択手段で選択された前記ブームの長さと、前記角度検出手段で検出された当該ブームの角度と、前記負荷検出手段で検出された当該ブームにかかる負荷と、を用いて演算される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の可変容量型油圧モータの制御装置。 - 前記ウインチドラムに巻かれたロープの巻層数を検出する巻層数検出手段を備え、
前記巻層数検出手段により検出された前記ロープの巻層数を、前記ドラム軸のトルクの演算に用いる、請求項5に記載の可変容量型油圧モータの制御装置。
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