JP2015206408A - 建設機械の油圧シリンダ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業アタッチメントの仕様によるシリンダ負荷を反映した適切な減速制御を可能とする。
【解決手段】油圧ショベルのアームシリンダ７について、コントローラ１４に、アタッチメント基準姿勢でのシリンダ保持圧と減速開始位置の関係であるマップを予め設定・記憶させておき、作業アタッチメントＢの仕様変更後、同じ基準姿勢でのシリンダ保持圧からマップを用いて減速開始位置を調整し、この調整後の減速開始位置に基づいてアームシリンダ７の減速制御を行うように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は油圧ショベル等の建設機械において、油圧シリンダの作動をストロークエンド領域で減速させて緩衝機能を発揮させるようにした油圧シリンダ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。

油圧ショベルは、図６に示すように下部走行体１と上部旋回体２から成るベースマシンＡに作業アタッチメントＢが取付けられて構成される。

作業アタッチメントＢは、上部旋回体２に起伏自在に取付けられたブーム３と、このブーム３の先端に取付けられたアーム４と、このアーム４の先端に取付けられたバケット等の作業装置５を備え、これらがブーム、アーム、作業装置各シリンダ６，７，８により駆動されて掘削等の作業を行う。

これら作業用の油圧シリンダには、ストロークエンドでの衝撃を緩和する手段として、ストロークエンド領域(ストロークエンド手前からストロークエンドまでの領域)で油排出側の通路を絞って減速させる機械的な緩衝装置が設けられている。

但し、この機械的な緩衝装置のみでは十分な減速が難しい場合がある。

たとえばアームシリンダ７には、アーム４及び作業装置５が負荷として作用し、この負荷が加速側に作用する作動時(シリンダ伸長作動時)にシリンダ速度が高くなるため、減速機能が不十分となる。

そこで、油圧的な緩衝手段として、特許文献１に示されているように、アームシリンダ７のストロークエンド領域で油の供給側及び排出側のうち少なくとも排出側の流量を流量制御手段(たとえば可変絞り弁)で絞って減速機能を発揮させる技術が公知となっている。

また、この公知技術においては、シリンダ速度(ピストンの移動速度)を検出し、シリンダ速度が高いほど、減速を開始するストローク位置(減速開始位置)をストロークエンドから遠くに設定して減速作用を早めに開始させるようにしている。

特開２００７−４６７３２号公報

シリンダを減速させるのに必要なエネルギーは、シリンダに作用する負荷とシリンダ速度によって変わる。

そして、シリンダ負荷は、作業アタッチメントＢの質量や形状、サイズ等に応じた慣性モーメントによって変わる。

つまり、作業アタッチメントＢの仕様によって慣性モーメントが変わり、この慣性モーメントによりシリンダ負荷が変わって必要な減速エネルギーが変わる。

アームシリンダ７でいえば、減速性能に影響する慣性モーメントが、作業装置５の種類(標準バケット、圧砕機、グラップル、ブレーカ)や質量、形状、サイズによって変動するし、アーム４の長さや質量によっても変動する。

このため、製造元において、シリンダ速度のみに基づいて減速開始位置を一律に設定してしまうと、客先で作業装置５やアーム４について仕様変更された場合に、シリンダ負荷が変わる結果、減速開始が遅過ぎて減速不十分となったり、逆に早過ぎて操作性(作業性)が悪くなったりする可能性がある。

そこで本発明は、作業アタッチメントの仕様によるシリンダ負荷を反映した適切な減速制御を可能とす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。

上記課題を解決する手段として、本発明においては、ベースマシンに取付けられた作業アタッチメントを作動させる油圧シリンダ(請求項３ではアームシリンダ)と、この油圧シリンダの排出側及び供給側のうち少なくとも排出側の流量を制御する流量制御手段と、上記油圧シリンダのストローク位置を検出するストローク位置検出手段と、上記油圧シリンダに作用する保持圧を検出する保持圧検出手段と、上記油圧シリンダのストロークエンド領域で上記流量制御手段に流量絞り作用を行わせて上記油圧シリンダのストローク作動を減速させる減速制御を行う減速制御手段とを具備し、上記減速制御手段は、上記シリンダ保持圧と、上記減速制御を開始する油圧シリンダのストローク位置である減速開始位置の関係について予め設定されたマップを記憶し、上記保持圧検出手段によって検出された実際のシリンダ保持圧と上記マップから上記減速開始位置を求め、この減速開始位置に基づいて上記減速制御を行うように構成したものである。

作業アタッチメントの仕様変更によるシリンダ負荷の変化は、シリンダ保持圧の変化として表れるため、たとえば工場出荷時にシリンダ保持圧／減速開始位置のマップを予め設定・記憶しておき、作業に際して実際に検出されるシリンダ保持圧(仕様変更後のシリンダ保持圧)とマップから実際上の減速開始位置を決定する本発明によると、客先で作業アタッチメントの仕様変更が行われても、仕様変更後のシリンダ負荷に基づいた正しい減速開始位置での適切な減速制御を行うことが可能となる。

すなわち、減速開始位置がシリンダ負荷に対して遅過ぎたり早過ぎたりするおそれがなく、減速機能と良好な操作性を両立させることができる。

この場合、上記減速制御手段は、上記作業アタッチメントの基準姿勢でのシリンダ保持圧と減速開始位置の関係について予め設定されたマップを記憶し、上記作業アタッチメントを実際に上記基準姿勢としたときのシリンダ保持圧と上記マップから上記減速開始位置を求めるように構成するのが望ましい(請求項２)。

このように、作業アタッチメントをマップ設定時と同じ基準姿勢(たとえば最大起こし姿勢)としたときのシリンダ保持圧から減速開始位置を調整するため、様々な仕様変更に正確に対応することができる。

本発明において、上記作業アタッチメントは、上記ベースマシンに取付けられたブームと、このブームの先端に取付けられたアームと、このアームの先端に取付けられた作業装置を備え、上記アームを作動させるアームシリンダを対象として、上記流量制御手段、ストローク位置検出手段及び保持圧検出手段を設けるとともに、上記減速制御手段に上記マップを記憶させ、かつ、このマップを用いた減速制御を行わせるように構成するのが望ましい(請求項３)。

アタッチメントの仕様変更は、作業装置の取替えによる場合が多く、この作業装置の取替えによってとくにアームシリンダの負荷が大きく変化するため、請求項３のようにアームシリンダを対象として、マップを記憶し、シリンダ保持圧に応じた減速開始位置の調整を行うことにより、仕様変更に適切に対応することができる。

本発明において、上記油圧シリンダに対する作動指令として操作量に応じたパイロット圧を出力するリモコン弁と、このリモコン弁からのパイロット圧により操作されて上記油圧シリンダの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、上記リモコン弁からのパイロット圧を減圧して上記コントロールバルブに送る電磁比例減圧弁と、この電磁比例減圧弁の二次圧を制御するコントローラとを備え、上記コントローラと電磁比例減圧弁により上記減速制御手段を構成し、上記コントロールバルブを上記流量制御手段として上記減速制御を行うように構成するのが望ましい(請求項４)。

こうすれば、油圧シリンダ回路の必須設備であるリモコン弁及びコントロールバルブを利用して流量制御手段及び減速制御手段を構成できるため、回路構成が簡単ですむとともに設備コストが安くてすむ。

また本発明においては、上記制御手段に予め記憶されるマップにシリンダ保持圧の上限値を設定するとともに、表示器を設け、上記制御手段は、実際のシリンダ保持圧が上記上限値を超えるときに上記表示器に警告を表示させるように構成するのが望ましい(請求項５)。

作業装置が想定以上に重い場合等には、シリンダ負荷が過大となってシリンダの破損が発生する可能性があるため、シリンダ保持圧が上限値を超える場合に警告を表示することにより、オペレータに改善を促し、危険を回避することができる。

本発明によると、作業アタッチメントの仕様によるシリンダ負荷を反映した適切な減速制御を可能とすることができる。

本発明の実施形態に係るアームシリンダ回路とその制御系を示すシステム構成図である。 実施形態におけるシリンダ保持圧と減速開始位置のマップを示す図である。 実施形態におけるシリンダストロークと、電磁比例減圧弁から出力されるパイロット圧の関係を示す図である。 実施形態におけるマップ作成のための調整モードでの作用を説明するためのフローチャートである。 実施形態における実作業時の作用を説明するためのフローチャートである。 本発明の適用対象例としての油圧ショベルの概略側面図である。

実施形態は、図６に示す油圧ショベルにおいて、作業アタッチメントＢのアーム４を作動させるアームシリンダ７の減速制御を行う場合を例にとっている。

図１において、９はアームシリンダ７の油圧源としての油圧ポンプで、この油圧ポンプ及びタンクＴとアームシリンダ７の間に、流量制御手段としてのコントロールバルブ１０が設けられている。

コントロールバルブ１０は、リモコン弁１１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切換弁として構成され、基本的な作用として、リモコン弁１１の操作に応じたコントロールバルブ１０の切換わり作動により、アームシリンダ７の作動方向(伸長または縮小)と作動速度が制御される。

なお、図６及び図１中の作業アタッチメントＢは、ブーム３、アーム４、作業装置５をいずれも最大限に起こしたアタッチメント最大起こし状態を示し、これが後述の『基準姿勢』となる。

リモコン弁１１とコントロールバルブ１０の両側パイロットポート１０ａ，１０ｂとを結ぶ両側パイロットライン１２，１３に、コントローラ１４によって二次圧が制御される電磁比例減圧弁(以下、「比例弁」と略記する)１５，１６が設けられ、アームシリンダ７のストロークエンド領域で、リモコン弁１１からのパイロット圧がこの比例弁１５，１６により減圧されてコントロールバルブ１０に送られる。

これにより、リモコン弁１１の操作に対して、コントロールバルブ１０の供給側及び排出側の開度(＝流量)が、比例弁１５，１６による減圧作用がない場合よりも小さくなってアームシリンダ７が減速する。

すなわち、コントローラ１４と比例弁１５，１６によって減速制御手段が構成され、アームシリンダ７のストロークエンド領域での減速制御が行われる。

一方、検出手段として、ブーム３に対するアーム４の角度を計測してアームシリンダ７のストローク位置を検出するストローク位置検出手段としての角度センサ１７と、リモコン弁１１から出力されるパイロット圧からリモコン弁１１の操作の有無と操作量を検出するパイロット圧センサ１８と、アームシリンダ７の保持圧(ロッド側圧力)を検出する保持圧センサ１９が設けられ、これら各センサ１７〜１９からの信号(ストローク位置信号、操作信号、保持圧信号)がコントローラ１４に入力される。

また、コントローラ１４には、調整モードスイッチ２０と表示器２１が接続されている。

コントローラ１４には、予め(たとえば工場出荷段階で)、図１中及び図６に示すように作業アタッチメントＢを最大限に起こした姿勢を『基準姿勢』として、この基準姿勢でのシリンダ保持圧と最適の減速開始位置の関係が、図２のマップ、すなわち、シリンダ保持圧が高い(シリンダ負荷が高い)ほど減速開始位置がストロークエンドから遠くなるマップとして設定・記憶されている。

また、このマップには、図２中に示すようにシリンダ保持圧の上限値も設定・記憶されている。

図３は、図２のマップから求められる減速開始位置と、比例弁１５，１６からコントロールバルブ１０に送られるパイロット圧の関係を示し、減速開始位置(図ではＰ１，Ｐ２，Ｐ３の三通りを示す)からストロークエンドに向かってパイロット圧が最小値まで漸次減少する。

これにより、コントロールバルブ１０の供給側及び排出側の流量が減少してアームシリンダ７が減速する。

従って、基準姿勢でのアームシリンダ７の保持圧から減速開始位置を求めておけば、仕様変更がない限り、作業中、自動的に減速制御が働くことになる。

但し、工場出荷後、客先で作業装置５が取り替えられる等の仕様変更があると、シリンダ保持圧が変化し、減速開始位置が最適でなくなる可能性がある。

そこで、仕様変更があったときに、作業アタッチメントＢを基準姿勢とした状態で調整モードスイッチ２０をオン操作してコントローラ１４で調整モードを実行し、新たなシリンダ保持圧に対応する減速開始位置を求める操作を行う。

図４のフローチャートによって説明する。

開始後、ステップＳ１で調整モードスイッチ２０がオン操作されたか否かが判断され、ＹＥＳの場合にステップＳ２で作業アタッチメントＢが基準姿勢となっているか否かが判断される。

この基準姿勢か否かは、たとえばブーム角度、アーム角度、作業装置角度を検出することによって判断することができる。

ステップＳ２でＮＯ(基準姿勢でない)となると、ステップＳ３で、表示器２１にたとえば『作業アタッチメントを基準姿勢にしてください』等のエラー表示を行わせる。

ステップＳ２でＹＥＳの場合は、ステップＳ４でシリンダ保持圧を読み込み、ステップＳ５で保持圧が想定範囲内か否かが判断される。

ここで想定範囲を超えているときは、ステップＳ６で表示器２１に、たとえば『危険な仕様です。適正な仕様に変更してください』等のメッセージで警告を表示し、処理を終了する。

なお、上記メッセージの表示に加えて、油圧ポンプ９の吐出量を減少させ、シリンダ速度を制限するようにしてもよい。

一方、保持圧が想定範囲内であるときは、ステップＳ７において図２のマップから減速開始位置を決定・記憶し、表示器２１に調整終了を表示して処理を終える。

この処理により、変更後の仕様に適合した減速開始位置が設定され、作業時に適切な減速制御が行われる。

この作業時の減速制御の内容を図５のフローチャートによって説明する。

制御開始後、ステップＳ１１でリモコン弁１１が操作されたか否かの判断、ステップＳ１２で操作量に応じたパイロット圧指令の出力、ステップＳ１３でシリンダストロークの読み込み、ステップＳ１４で減速開始位置に達したか否かの判断がそれぞれ行われる。

ステップＳ１４でＮＯ、すなわち、シリンダストロークが減速開始位置に到達するまでは、比例弁１５，１６の減圧作用は行われず、通常通り、リモコン弁１１の操作方向と操作量に応じたコントロールバルブ１０の作動によるシリンダ制御が行われる。

ステップＳ１４でＹＥＳ、すなわち、シリンダストロークが減速開始位置に到達した後は、ステップＳ１５で減速のためのパイロット圧指令が比例弁１５，１６に向けて出力され、減速制御が行われる。

このシリンダ制御装置によると、作業に際して実際に検出されるシリンダ保持圧(仕様変更後のシリンダ保持圧)と、予め設定・記憶されたマップから実際上の減速開始位置を決定(調整)するため、客先で作業アタッチメントＢの仕様変更が行われても、仕様変更後のシリンダ負荷に基づいた正しい減速開始位置での適切な減速制御を行うことが可能となる。

すなわち、減速開始位置がシリンダ負荷に対して遅過ぎたり早過ぎたりするおそれがなく、減速機能と良好な操作性を両立させることができる。

この場合、作業アタッチメントＢの基準姿勢(実施形態では最大起こし姿勢)でのシリンダ保持圧と減速開始位置の関係についてマップを設定・記憶し、作業アタッチメントをマップ設定時と同じ基準姿勢としたときのシリンダ保持圧から減速開始位置を調整するため、様々な仕様変更に正確に対応することができる。

また、作業アタッチメントＢの仕様変更は、作業装置５の取替えによる場合が多く、この作業装置５の取替えによって負荷が大きく変化するアームシリンダ７を対象としてマップを記憶し、減速開始位置の調整を行うため、仕様変更に適切に対応することができる。

さらに、アームシリンダ回路の必須設備であるリモコン弁１１及びコントロールバルブ１０を利用して流量制御手段及び減速制御手段を構成しているため、回路構成が簡単ですむとともに設備コストが安くてすむ。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、コントロールバルブ１０によりアームシリンダ７に対する油の供給側及び排出側の双方を流量絞り作用を行わせる構成をとったが、排出側流量のみを絞るようにしてもよい。

(２) 流量制御手段として、上記実施形態のコントロールバルブ１０を利用する構成に代えて、可変絞り弁を用いるようにしてもよい。

(３) マップ作成時の作業アタッチメントＢの基準姿勢は、ブーム３、アーム４、作業装置５の三者をともに最大限に起こした最大起こし姿勢に限らず、アーム４及び作業装置５のみを最大限に起こした姿勢等、他の姿勢としてもよい。

(４) 本発明は、作業アタッチメントＢの仕様変更の影響がとくに大きいアームシリンダ７に好適であるが、ブームシリンダ６についても適用することができる。

また、油圧ショベルに限らず、ロングアタッチメントまたは超ロングアタッチメント付きの解体機におけるアームシリンダやブームシリンダ等にも適用することができる。

Ａ ベースマシン
Ｂ 作業アタッチメント
１ ベースマシンを構成する下部走行体
２ 同、上部旋回体
３ 作業アタッチメントを構成するブーム
４ 同、アーム
５ 作業装置
６ ブームシリンダ
７ アームシリンダ
９ 油圧ポンプ
１０ 流量制御手段としてのコントロールバルブ
１１ リモコン弁
１４ 減速制御手段を構成するコントローラ
１５ 同、電磁比例減圧弁
１７ ストローク位置検出手段としての角度センサ
１９ 保持圧センサ
２０ 調整モードスイッチ
２１ 表示器

Claims (5)

1. ベースマシンに取付けられた作業アタッチメントを作動させる油圧シリンダと、この油圧シリンダの排出側及び供給側のうち少なくとも排出側の流量を制御する流量制御手段と、上記油圧シリンダのストローク位置を検出するストローク位置検出手段と、上記油圧シリンダに作用する保持圧を検出する保持圧検出手段と、上記油圧シリンダのストロークエンド領域で上記流量制御手段に流量絞り作用を行わせて上記油圧シリンダのストローク作動を減速させる減速制御を行う減速制御手段とを具備し、上記減速制御手段は、上記シリンダ保持圧と、上記減速制御を開始する油圧シリンダのストローク位置である減速開始位置の関係について予め設定されたマップを記憶し、上記保持圧検出手段によって検出された実際のシリンダ保持圧と上記マップから上記減速開始位置を求め、この減速開始位置に基づいて上記減速制御を行うように構成し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. 上記減速制御手段は、上記作業アタッチメントの基準姿勢でのシリンダ保持圧と減速開始位置の関係について予め設定されたマップを記憶し、上記作業アタッチメントを実際に上記基準姿勢としたときのシリンダ保持圧と上記マップから上記減速開始位置を求めるように構成したことを特徴とする請求項１記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。
3. 上記作業アタッチメントは、上記ベースマシンに取付けられたブームと、このブームの先端に取付けられたアームと、このアームの先端に取付けられた作業装置を備え、上記アームを作動させるアームシリンダを対象として、上記流量制御手段、ストローク位置検出手段及び保持圧検出手段を設けるとともに、上記減速制御手段に上記マップを記憶させ、かつ、このマップを用いた減速制御を行わせるように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。
4. 上記油圧シリンダに対する作動指令として操作量に応じたパイロット圧を出力するリモコン弁と、このリモコン弁からのパイロット圧により操作されて上記油圧シリンダの作動を制御する油圧パイロット式のコントロールバルブと、上記リモコン弁からのパイロット圧を減圧して上記コントロールバルブに送る電磁比例減圧弁と、この電磁比例減圧弁の二次圧を制御するコントローラとを備え、上記コントローラと電磁比例減圧弁により上記減速制御手段を構成し、上記コントロールバルブを上記流量制御手段として上記減速制御を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。
5. 上記減速制御手段に予め記憶されるマップにシリンダ保持圧の上限値を設定するとともに、表示器を設け、上記制御手段は、実際のシリンダ保持圧が上記上限値を超えるときに上記表示器に警告を表示させるように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の建設機械の油圧シリンダ制御装置。

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