JP2019039208A - 油圧式作業機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】掘削負荷が急激に低下したときのアームの急加速を防止することにより、水平均し作業や法面整形作業等における仕上げ精度を向上できる油圧式作業機械を提供する。【解決手段】第１アーム方向制御弁２３とは独立して前記アームシリンダのメータアウト開口を調節できるアーム調速弁装置２２とを備え、制御装置１００は、前記第１アーム方向制御弁によって指示された操作量を増加補正するときに、前記アームシリンダの負荷圧の増大に応じて前記アームシリンダのメータアウト開口が縮小するように前記アーム調速弁装置を制御する。【選択図】 図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の油圧式作業機械に関する。
油圧式作業機械においては、油圧ポンプから吐出された圧油を方向制御弁を介してアクチュエータに供給され、作業装置が動作する。方向制御弁は、操作装置の操作量に応じた操作圧によって動作し、アクチュエータに供給される圧油の流量と方向を制御する。アクチュエータに供給される圧油の流量と方向によって、作業装置の動作速度と方向が制御される。
一般的な油圧式作業機械の油圧回路では、一つの油圧ポンプに対して、複数の方向制御弁が並列に接続されている。これら方向制御弁は、それぞれ別のアクチュエータに接続されており、油圧ポンプから供給される圧油の流れを分流し、各アクチュエータに供給する。このような構成とすることで、一つの油圧ポンプで複数のアクチュエータを動作させ、方向制御弁で各アクチュエータの動作速度を制御することが可能となる。
特許文献１には、油圧建設機械の作業装置先端の軌跡を目標軌跡に沿わせることができる建設機械の軌跡制御装置が開示されている。この軌跡制御装置は、作業装置を構成している各部材の位置と姿勢を演算し、作業装置先端が目標軌跡に沿って動作するように、操作装置から出力される操作圧を補正している。
特開平９−２９１５６０号公報
従来の油圧システムは、一つの油圧ポンプから供給される圧油を、方向制御弁で分流することで複数のアクチュエータを動作させている。各アクチュエータへの分流比率は、方向制御弁の開度の比率とアクチュエータにかかる負荷の比率によって変動する。このため、掘削中に掘削負荷が変動した場合、各アクチュエータへの分流比率が変化し、各アクチュエータの速度バランスが崩れ、作業装置先端の軌跡と目標軌跡とのズレが大きくなってしまう。
ブームシリンダとアームシリンダによって作業装置を動作させ、掘削を行う場合を例として説明する。掘削負荷が大きくなると、アームシリンダにかかる負荷が大きくなる。負荷が大きくなると、アームシリンダへの分流比率が低下してアームシリンダの伸長速度が遅くなり、作業装置先端の軌跡と目標軌跡とのズレが拡大する。このとき、特許文献１に記載の油圧システムでは、アームシリンダの負荷が増大したときに、アームシリンダを制御する方向制御弁のメータイン開口が拡大するように操作圧を補正し、アームシリンダへの分流比率を増加させている。これにより、掘削負荷が増大したときも、アームシリンダとブームシリンダの速度バランスが保たれ、バケット先端を目標軌跡に沿って移動させることができる。
しかしながら、掘削対象が柔らかくなったり、バケット先端が掘削対象の表面から抜け出るなどして掘削負荷が急激に低下すると、拡大したアーム方向制御弁のメータイン開口を介してアームシリンダに多量の圧油が供給され、アームがクラウド方向に急加速するおそれがある。その結果、バケット先端が目標軌跡から大きく外れたり、バケット先端の進行方向と目標軌跡とが交差していた場合は、目標軌跡よりも深く掘削することになる。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、掘削負荷が急激に低下したときのアームの急加速を防止することにより、水平均し作業や法面整形作業等における仕上げ精度を向上できる油圧式作業機械を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、ブームとアームとを有する作業装置と、前記ブームを駆動するブームシリンダと、前記アームを駆動するアームシリンダと、作動油タンクと、第１油圧ポンプと、前記第１油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給される圧油の流量と方向を制御する第１ブーム方向制御弁と、前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の流量と方向を制御する第１アーム方向制御弁と、前記第１ブーム方向制御弁の操作量を指示するブーム操作装置と、前記第１アーム方向制御弁の操作量を指示するアーム操作装置と、前記ブームシリンダの負荷圧を検出するブーム負荷圧検出装置と、前記アームシリンダの負荷圧を検出するアーム負荷圧検出装置と、前記ブームシリンダの負荷圧に対する前記アームシリンダの負荷圧の偏差の増大に応じて、前記アームシリンダのメータイン開口が拡大するように、前記アーム操作装置によって指示された前記第１アーム方向制御弁の操作量を増加補正する制御装置とを備えた油圧ショベルにおいて、前記第１アーム方向制御弁とは独立して前記アームシリンダのメータアウト開口を調節できるアーム調速弁装置を更に備え、前記制御装置は、前記アーム操作装置によって指示された操作量を増加補正するときに、前記アームシリンダの負荷圧の増大に応じて前記アームシリンダのメータアウト開口が縮小するように前記アーム調速弁装置を制御するものとする。
以上のように構成した本発明によれば、ブームシリンダの負荷圧に対するアームシリンダの負荷圧の偏差（掘削負荷）の増大に応じて、第１アーム方向制御弁のメータイン開口が拡大するように、アーム操作装置によって指示された操作量が増加補正されたときに、アームシリンダの負荷圧の増大に応じて前記アームシリンダのメータアウト開口が縮小する。これにより、掘削負荷が急激に低下したときに、アームシリンダの背圧が上昇し、アームシリンダに供給される圧油の流量が抑制され、アームの急加速が防止されるため、水平均し作業や法面整形作業等における仕上げ精度を向上させることができる。
本発明によれば、掘削負荷が急激に低下したときのアームの急加速を防止することにより、水平均し作業や法面整形作業等における仕上げ精度を向上させることができる。
本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの斜視図である。 図１に示す油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。 図２に示すメインコントローラの制御ブロック図である。 図３に示すメインスプール制御部の演算ブロック図である。 図３に示すアームクラウド調速制御部の演算ブロック図である。 図２に示すアーム方向制御弁のアームクラウド側の開口特性を示す図である。 図２に示すアーム調速方向制御弁のアームクラウド側の開口特性を示す図である。 従来技術に係る油圧ショベルによる掘削動作を示す図である。 図１に示す油圧ショベルによる掘削動作を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。 本発明の第３の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。 図９に示すアーム方向制御弁の開口特性の一例を示す図である。 図９に示すアーム調速弁の制御特性の一例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態に係る油圧式作業機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
図１は、本発明の第１の実施例に係る油圧ショベルの斜視図である。
図１において、油圧ショベル３００は下部走行体９と上部旋回体１０と作業装置１５とを備えている。下部走行体９は左右のクローラ式走行装置を有し、左右の走行油圧モータ３（左側のみ図示）により駆動される。上部旋回体１０は下部走行体９上に旋回可能に搭載され、旋回油圧モータ４により旋回駆動される。上部旋回体１０に設けられた機械室には、原動機としてのエンジン１４と、エンジン１４により駆動される油圧ポンプ装置２と、後述するコントロールバルブ２０とが配置されている。
作業装置１５は上部旋回体１０の前部に上下方向に回動可能に取り付けられている。上部旋回体１０には運転室が設けられ、運転室内には走行用右操作レバー装置１ａ、走行用左操作レバー装置１ｂ、作業装置１５の動作および旋回動作を指示するための右操作レバー装置１ｃおよび左操作レバー装置１ｄ、後述するモード設定スイッチ３２（図２に示す）等の操作装置が配置されている。
作業装置１５はブーム１１、アーム１２、バケット８を有する多関節構造であり、ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動し、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下および前後方向に回動し、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下および前後方向に回動する。
また、作業装置１５の位置を算出するために、上部旋回体１０とブーム１１との連結部近傍には、ブーム１１の角度を検出するブーム角度検出器１３ａが設けられ、ブーム１１とアーム１２との連結部近傍には、アーム１２の角度を検出するアーム角度検出器１３ｂが設けられ、アーム１２とバケット８との近傍には、バケット８の角度を検出するバケット角度検出器１３ｃが設けられている。これらの角度検出器１３ａ，１３ｂ，１３ｃから出力された角度信号は、後述するメインコントローラ１００に入力される。
コントロールバルブ２０は、油圧ポンプ装置２から上述したブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、左右の走行油圧モータ３等の油圧アクチュエータのそれぞれに供給される圧油の流れ（流量と方向）を制御するものである。
図２は、油圧ショベル３００に搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。なお、説明の簡略化のため、図２では、ブームシリンダ５とアームシリンダ６の駆動に関わる部分のみを図示し、その他の油圧アクチュエータの駆動に関わる部分の説明は省略する。また、本実施例と直接的に関係しないドレン回路、従来の油圧駆動装置と構成および動作が同様のロードチェック弁等の説明も省略する。
図２において、油圧駆動装置４００は、油圧アクチュエータ５，６と、油圧ポンプ装置２と、コントロールバルブ２０と、制御装置としてのメインコントローラ１００とを備えている。油圧ポンプ装置２は、第１油圧ポンプ２ａと第２油圧ポンプ２ｂとを有する。第１油圧ポンプ２ａと第２油圧ポンプ２ｂは、エンジン１４によって駆動され、それぞれ第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２に圧油を供給する。本実施例では、第１油圧ポンプ２ａと第２油圧ポンプ２ｂを固定容量型の油圧ポンプで構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、可変容量型の油圧ポンプで構成しても良い。
コントロールバルブ２０は、第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２からなる２系統のポンプラインから構成されている。第１ポンプラインＬ１には、第１ブーム方向制御弁２１と、アーム調速弁装置としてのアームクラウド調速方向制御弁２２とが設けられており、第１油圧ポンプ２ａが吐出する圧油は、第１ブーム方向制御弁２１を介してブームシリンダ５に供給され、アームクラウド調速方向制御弁２２を介してアームシリンダ６に供給される。同様に、第２ポンプラインＬ２には、アーム方向制御弁２３と、第２ブーム方向制御弁２４が設けられており、第２油圧ポンプ２ｂが吐出する圧油は、アーム方向制御弁２３を介してアームシリンダ６に供給され、第２ブーム方向制御弁２４を介してブームシリンダ５に供給される。なお、第１ブーム方向制御弁２１とアームクラウド調速方向制御弁２２はパラレル回路Ｌ１ａによって分流可能に構成され、アーム方向制御弁２３と第２ブーム方向制御弁２４はパラレル回路Ｌ２ａによって、分流可能に構成されている。
また、第１ポンプラインＬ１と第２ポンプラインＬ２には、リリーフ弁２６，２７がそれぞれ設けられている。リリーフ弁２６（２７）は、ポンプラインＬ１（Ｌ２）の圧力が予め設定されたリリーフ圧に達した場合に開口し、ポンプラインＬ１（Ｌ２）の圧油を作動油タンク１６へ逃がす。
第１ブーム方向制御弁２１と第２ブーム方向制御弁２４は、電磁比例弁２１ａによって生成される信号圧によってブーム上げ方向（図示右方向）に駆動され、電磁比例弁２１ｂによって生成される信号圧によってブーム下げ方向（図示左方向）に駆動される。アーム方向制御弁２３とアームクラウド調速方向制御弁２２は、電磁比例弁２３ｂによって生成される信号圧によってアームダンプ方向（図示左方向）に駆動される。アーム方向制御弁２３は、電磁比例弁２３ａによって生成される信号圧によってアームクラウド方向（図示右方向）に駆動される。アームクラウド調速方向制御弁２２は、電磁比例弁２２ａによって生成される信号圧によってアームクラウド方向（図示右方向）に駆動される。
電磁比例弁２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２３ａ，２３ｂは、パイロット油圧源２９から供給されるパイロット圧油を一次圧として、メインコントローラ１００からの指令電流に応じて減圧して生成した信号圧を、各方向制御弁２１〜２４へ出力する。
右操作レバー装置１ｃは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、ブーム操作信号としてメインコントローラ１００へ出力する。同様に、左操作レバー装置１ｄは、操作レバーの操作量と操作方向に応じた電圧信号を、アーム操作信号としてメインコントローラ１００へ出力する。すなわち、右操作レバー装置１ｃはブーム操作装置を構成し、左操作レバー装置１ｄはアーム操作装置を構成している。
メインコントローラ１００は、モード設定スイッチ３２からの半自動制御有効フラグと、情報コントローラ２００からの目標面情報と、ブーム角度検出器１３ａからのブーム角度信号と、アーム角度検出器１３ｂからのアーム角度信号と、ブーム負荷圧検出装置としてのブームボトム圧センサ５ｂからのブームボトム圧と、アーム負荷圧検出装置としてのアームボトム圧センサ６ｂからのアームボトム圧とを入力し、これら入力信号に応じて、各電磁比例弁２１ａ〜２３ｂを制御する指令信号をそれぞれへ出力する。なお、アームボトム圧センサ６ｂは請求項に記載の掘削負荷検出手段である。また、情報コントローラ２００で行う演算は、本発明と直接的に関係しないため、その説明は省略する。
なお、モード設定スイッチ３２は運転室内に配置されており、油圧ショベル３００の作業において、半自動制御を有効にするかを選択可能とするものであって、真：半自動制御有効、偽：半自動制御無効を選択する。
図３は、メインコントローラ１００の概略構成図である。
図３において、メインコントローラ１００は、目標パイロット圧演算部１１０と、作業装置位置取得部１２０と、目標面距離取得部１３０と、メインスプール制御部１４０と、アームクラウド調速制御部１５０とを備えている。
目標パイロット圧演算部１１０は、右操作レバー装置１ｃからのブーム操作量信号と、左操作レバー装置１ｄからのアーム操作量信号とを入力し、それらの入力信号に応じてブーム上げ目標パイロット圧と、ブーム下げ目標パイロット圧と、アームクラウド目標パイロット圧と、アームダンプ目標パイロット圧を演算し、メインスプール制御部１４０へ出力する。なお、ブーム操作量がブーム上げ方向に大きいほど、ブーム上げ目標パイロット圧を大きくし、ブーム操作量がブーム下げ方向に大きいほど、ブーム下げ目標パイロット圧を大きくする。同様に、アーム操作量がアームクラウド方向に大きいほど、アームクラウド目標パイロット圧を大きくし、アーム操作量がアームダンプ方向に大きいほど、アームダンプ目標パイロット圧を大きくする。
作業装置位置取得部１２０は、ブーム角度検出器１３ａからのブーム角度信号と、アーム角度検出器１３ｂからのアーム角度信号とを入力し、ブーム角度およびアーム角度と、予め設定されたブーム１１およびアーム１２の幾何的情報とを用いてバケット８の先端位置を演算し、作業装置位置として目標面距離取得部１３０へ出力する。ここで、作業装置位置は、例えば油圧作業機械に固定された座標系の１点として演算される。ただし、作業装置位置はこれに限らず、作業装置１５の形状を考慮した複数の点群として演算してもよい。
目標面距離取得部１３０は、情報コントローラ２００からの目標面情報と、作業装置位置取得部１２０からの作業装置位置とを入力し、作業装置１５と施工目標面との距離（以下、目標面距離という）を演算し、メインスプール制御部１４０およびアームクラウド調速制御部１５０へ出力する。ここで、目標面情報は、例えば油圧作業機械に固定された２次元平面座標系の２点として与えられる。ただし、目標面情報はこれに限らず、グローバル３次元座標系に平面を構成する３点として与えられてもよいが、この場合は作業装置位置と同じ座標系へ座標変換を行う必要がある。また、作業装置位置が点群として演算された場合は、目標面情報に最も近い点を用いて目標面距離を演算してもよい。
メインスプール制御部１４０は、モード設定スイッチ３２からの半自動制御有効フラグと、目標パイロット圧演算部１１０からのブーム上げ目標パイロット圧、ブーム下げ目標パイロット圧、アームクラウド目標パイロット圧およびアームダンプ目標パイロット圧と、アームボトム圧センサ６ｂからのアームボトム圧と、ブームボトム圧センサ５ｂからのブームボトム圧と、目標面距離取得部１３０からの目標面距離とを入力する。そして、半自動制御有効フラグが真である場合は、ブームボトム圧に対するアームボトム圧の偏差と目標面距離とに応じて各目標パイロット圧を補正し、補正後の各目標パイロット圧に応じたブーム上げ電磁弁駆動信号、ブーム下げ電磁弁駆動信号、アームクラウド電磁弁駆動信号およびアームダンプ電磁弁駆動信号を電磁比例弁２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂへ出力する。メインスプール制御部１４０で行う演算の詳細は後述する。
アームクラウド調速制御部１５０は、モード設定スイッチ３２からの自動制御有効フラグと、メインスプール制御部１４０からのアームクラウド制御パイロット圧と、目標面距離取得部１３０からの目標面距離と、ブームボトム圧センサ５ｂのブームボトム圧と、アームボトム圧センサ６ｂからのアームボトム圧と、メインスプール制御部１４０からのアームクラウド目標パイロット圧とを入力し、ブームボトム圧とアームボトム圧とに応じてアームクラウド目標パイロット圧を補正し、補正後のアームクラウド目標パイロット圧に応じたアームクラウド調速電磁弁駆動信号を電磁比例弁２２ａへ出力する。アームクラウド調速制御部１５０で行う演算の詳細は後述する。
図４は、メインスプール制御部１４０の演算ブロック図である。
図４において、メインスプール制御部１４０は、電磁弁駆動信号生成器１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄと、選択器１４２ａ，１４２ｃと、ブーム上げ補正パイロット圧演算器１４３と、最大値選択器１４４と、アームクラウド補正パイロット圧ゲイン演算器１４５と、乗算器１４６と、アームクラウド分流補正パイロット圧ゲイン演算器１４７と、減算器１４８とを備えている。
電磁弁駆動信号生成器１４１ａは、予め設定したテーブルを参照し、ブーム上げ目標パイロット圧に応じた電磁弁駆動信号を生成し、電磁比例弁２１ａへ出力する。同様に、電磁弁駆動信号生成器１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄは、それぞれブーム下げ目標パイロット圧、アームクラウド目標パイロット圧、アームダンプ目標パイロット圧に応じた電磁弁駆動信号を生成し、電磁比例弁２１ｂ，２３ａ，２３ｂへ出力する。
選択器１４２ａは、半自動制御有効フラグが偽である場合は、目標パイロット圧演算部１１０からのブーム上げ目標パイロット圧を選択し、電磁弁駆動信号生成器１４１ａへ出力する。一方、半自動制御有効フラグが真である場合は、最大値選択器１４４からの補正後ブーム上げ目標パイロット圧を選択し、電磁弁駆動信号生成器１４１ａへ出力する。
同様に、選択器１４２ｃは、半自動制御有効フラグが偽である場合は、目標パイロット圧演算部１１０からのアームクラウド目標パイロット圧を選択し、電磁弁駆動信号生成器１４１ｃおよびアームクラウド調速制御部１５０へ出力する。一方、半自動制御有効フラグが真である場合は、乗算器１４６からの補正後アームクラウド目標パイロット圧を選択し、電磁弁駆動信号生成器１４１ｃへ出力すると共に、アームクラウド調速パイロット圧としてアームクラウド調速制御部１５０へ出力する。
ブーム上げ補正パイロット圧演算器１４３は、予め設定したテーブルを参照し、目標面距離に応じたブーム上げ補正パイロット圧を演算し、最大値選択器１４４へ出力する。最大値選択器１４４は、ブーム上げ目標パイロット圧とブーム上げ補正パイロット圧との最大値を選択し、選択器１４２ａへ出力する。ブーム上げ補正パイロット圧演算器１４３が参照するテーブルは、目標面距離が負の方向に大きくなるほど、すなわち作業装置１５が目標面に深く侵入するほど、ブーム上げ補正パイロット圧が大きくなるように設定されている。これにより、目標面距離に応じてブーム上げ動作が行われ、作業装置１５の目標面への侵入を制限することができる。
アームクラウド補正パイロット圧ゲイン演算器１４５は、予め設定したテーブルを参照し、目標面距離に応じたアームクラウド補正パイロット圧ゲインを演算し、乗算器１４６へ出力する。減算器１４８は、アームボトム圧とブームボトム圧との差を演算し、乗算器１４６へ出力する。アームクラウド分流補正パイロット圧ゲイン演算器１４７は、予め設定したテーブルを参照し、ブームボトム圧に対するアームボトム圧の偏差に応じたアームクラウド分流補正パイロット圧ゲインを演算し、乗算器１４６へ出力する。乗算器１４６は、アームクラウド目標パイロット圧とアームクラウド補正パイロット圧ゲインとアームクラウド分流補正パイロット圧ゲインとを乗算してアームクラウド目標パイロット圧を補正し、選択器１４２ｃへ出力する。
アームクラウド補正パイロット圧ゲイン演算器１４５が参照するテーブルは、目標面距離が負の方向に大きくなるほど、すなわち作業装置１５が目標面に深く侵入するほど、アームクラウド補正パイロット圧ゲインが小さくなるように設定されている。これにより、目標面距離の減少に応じてアームクラウド速度が小さくなり、作業装置１５の目標面への侵入を制限することができる。
アームクラウド分流補正パイロット圧ゲイン演算器１４７が参照するテーブルは、ブームボトム圧に対するアームボトム圧の偏差が増大するほど、すなわち掘削負荷が大きくなるほど、アームクラウド分流補正パイロット圧ゲインが大きくなるように設定されている。これにより、掘削負荷が大きい場合に、アームシリンダ６のメータイン開口が拡大するため、アームシリンダ６への分流比率が低下するのを防ぎ、アームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスを保つことができる。
図５は、アームクラウド調速制御部１５０の制御ブロック図である。
図５において、アームクラウド調速制御部１５０は、電磁弁駆動信号生成器１５１と、選択器１５２と、パイロット圧上限値演算器１５４と、パイロット圧下限値演算器１５６と、最大値選択器１５７と、最小値選択器１５８とを備えている。
電磁弁駆動信号生成器１５１は、予め設定したテーブルを参照し、アームクラウド制御パイロット圧に応じたアームクラウド調速電磁弁駆動信号を生成し、電磁比例弁２２ａへ出力する。
選択器１５２は、半自動制御有効フラグが偽である場合は、アームクラウド調速パイロット圧を選択し、電磁弁駆動信号生成器１５１へ出力する。一方、半自動制御有効フラグが真である場合は、後述する最小値選択器１５８からの補正後アームクラウド調速パイロット圧を選択し、電磁弁駆動信号生成器１５１へ出力する。
パイロット圧上限値演算器１５４は、予め設定したテーブルを参照し、アーム
ボトム圧に応じたパイロット圧上限値を演算し、最大値選択器１５７へ出力する。パイロット圧下限値演算器１５６は、予め設定したテーブルを参照し、目標面距離に応じたパイロット圧下限値を演算し、最大値選択器１５７へ出力する。最大値選択器１５７は、パイロット圧上限値と後述するパイロット圧下限値演算器１５６からのパイロット圧下限値との最大値を選択することでパイロット圧上限値を補正し、最小値選択器１５８へ出力する。最小値選択器１５８は、アームクラウド制御パイロット圧とパイロット圧上限値との最小値を選択することでアームクラウド調速パイロット圧を補正し、選択器１５２へ出力する。
パイロット圧上限値演算器１５４が参照するテーブルは、アームボトム圧が大きいほど、パイロット圧上限値が小さくなるように設定されている。すなわち、アームボトム圧が大きくなったこと、すなわち掘削負荷が大きくなったことを検出し、電磁比例弁２２ａが生成するアームクラウド調速パイロット圧を制限して、アームクラウド調速方向制御弁２２のメータアウト開口を制限する。これにより、アームシリンダ６からの戻り流量が制限されるため、掘削負荷が急激に低下した場合のアーム１２の急加速が防止される。なお、アームクラウド調速制御部１５０によるアームクラウド調速方向制御弁２２の制御とは独立して、メインスプール制御部１４０によるアーム方向制御弁２３の制御が実行されるため、アームクラウド調速パイロット圧を制限した場合であっても、アームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスを保つことができる。
パイロット圧下限値演算器１５６が参照するテーブルは、目標面距離が大きいほど、パイロット圧下限値が大きくなるように設定されている。これにより、バケット８先端が目標面から離れるに従って、アームクラウド調速方向制御弁２２のメータアウト開口の縮小幅が小さくなるため、アームクラウド調速方向制御弁２２のメータアウト絞りによる圧力損失を低減することができる。
図６Ａは、アーム方向制御弁２３のアームクラウド側の開口特性を示す図であり、図６Ｂは、アームクラウド調速方向制御弁２２のアームクラウド側の開口特性を示す図である。
図６Ａにおいて、アーム方向制御弁２３は、アームクラウドパイロット圧の増加に対して、メータイン開口面積がメータアウトの開口面積よりも先に増加し始めるように構成されている。すなわち、メータイン開口が開き始めるときのパイロット圧は、メータアウト開口が開き始めるときのパイロット圧よりも小さく設定されている。一方、アームクラウド調速方向制御弁２２は、アームクラウド調速パイロット圧に対して、メータアウトの開口面積がメータインの開口面積よりも先に増加し始めるように構成されている。すなわち、メータアウト開口が開き始めるときのパイロット圧は、メータイン開口が開き始めるときのパイロット圧よりも小さく設定されている。また、アーム方向制御弁２３のメータアウト開口面積とアームクラウド調速方向制御弁２２のメータアウト開口面積とを比較した場合、アームクラウド調速方向制御弁２２のメータアウトの開口面積の方が先に増加し始めるように構成されている。すなわち、アームクラウド調速方向制御弁２２のメータイン開口が開き始めるときのパイロット圧は、アーム方向制御弁２３のメータアウト開口が開き始めるときのパイロット圧よりも小さく設定されている。このように設定することで、パイロット圧が低い領域、すなわちアーム速度が低い領域では、アームクラウド調速方向制御弁２２と並列に接続されているアーム方向制御弁２３のメータアウト開口面積がゼロとなるため、アーム方向制御弁２３によるメータアウト制御を不能としつつ、アームシリンダ６からの戻り流量をアームクラウド調速方向制御弁２２のみによって調節することができる。これにより、掘削負荷の増大に応じてアームクラウド調速パイロット圧を減少補正することにより、掘削負荷が急激に低下したときに、アームシリンダ６の背圧が上昇し、アームシリンダ６に供給される圧油の流量が抑制され、アーム１２の急加速が防止される。
以上のように構成した本実施例において得られる効果を従来技術と比較して説明する。
図７Ａは、従来技術に係る油圧ショベルによる掘削動作を示す図であり、図７Ｂは、本実施例に係る油圧ショベル３００による掘削動作を示す図である。
図７Ａにおいて、バケット８先端を目標軌跡に沿って移動している最中に目標軌跡よりも大きく突出した隆起部Ｐに突き当たると、ブームボトム圧に対するアームボトム圧の偏差（掘削負荷）の増大に応じて、アーム方向制御弁２３のメータイン開口が拡大するようにアーム方向制御弁２３の操作量が増加補正される。これにより、掘削負荷が増大した状態でもアームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスが保たれ、バケット８先端を目標軌跡に沿って移動させることができる。しかし、バケット８先端が隆起部Ｐを通過した直後に掘削負荷が急激に低下し、アーム方向制御弁２３のメータイン開口を介してアームシリンダ６のボトム側に多量の圧油が供給され、アーム１２（図１に示す）がクラウド方向に急加速するおそれがある。その結果、バケット８先端が目標軌跡から大きく外れ、バケット８先端の進行方向と目標軌跡とが交差していた場合は、目標軌跡よりも深く掘削することになる。
一方、本実施例に係る油圧ショベル３００によれば、ブームボトム圧に対するアームボトム圧の偏差（掘削負荷）の増大に応じてアーム方向制御弁２３の操作量が増加補正されたときに、アームクラウド調速方向制御弁３３のメータアウト開口が絞られる。これにより、掘削負荷が増大した状態でのアームシリンダ６とブームシリンダ５の速度バランスが保たれると共に、掘削負荷が急激に低下したときに、アームシリンダ６の背圧が上昇し、アームシリンダ６に供給される圧油の流量が抑制される。その結果、図７Ｂに示すように、バケット８先端が隆起部Ｐを通過した直後にアーム１２の急加速が防止されるため、バケット８先端が目標軌跡から大きく外れることを防止することができる。
以上のように構成した本実施例によれば、２ポンプ式の油圧ショベル３００において、掘削負荷が急激に低下したときのアーム１２の急加速を防止することにより、水平均し作業や法面整形作業等における仕上げ精度を向上させることができる。
図８は、本発明の第２の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。以下、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
図８において、本実施例に係る油圧駆動装置４００Ａは、ブームボトム圧センサ５ｂ（図２に示す）に代えて、第１ブーム方向制御弁２１が配置されている第１ポンプラインＬ１に取り付けられた第１ポンプ吐出圧センサ２ｃを備え、アームボトム圧センサ６ｂ（図２に示す）に代えて、アーム方向制御弁２３が配置されている第２ポンプラインＬ２に取り付けられた第２ポンプ吐出圧センサ２ｄを備えている。
ポンプ吐出圧センサ２ｃ，２ｄの圧力信号は、メインコントローラ１００に入力される。第１油圧ポンプ２ａの吐出圧はブームボトム圧に連動して変化し、第２油圧ポンプ２ｂの吐出圧はアームボトム圧に連動して変化する。そのため、メインコントローラ１００は、ブームボトム圧を第１油圧ポンプ２ａの吐出圧で代用し、アームボトム圧を第２油圧ポンプ２ｂの吐出圧で代用することができる。すなわち、第１ポンプ吐出圧センサ２ｃはブーム負荷圧検出装置を構成し、第２ポンプ吐出圧センサ２ｄはアーム負荷圧検出装置を構成している。
以上のように構成した本実施例においても、第１の実施例と同様の効果が得られる。
また、本実施例におけるブーム負荷圧検出装置２ｃおよびアーム負荷圧検出装置２ｄは、油圧ポンプ２ａ，２ｂと同じく上部旋回体１０の機械室に配置されるため、第１の実施例におけるブーム負荷圧検出装置５ｂおよびアーム負荷圧検出装置６ｂ（図２に示す）よりも容易に取り付けることができる。
また、本実施例におけるブーム負荷圧検出装置２ｃおよびアーム負荷圧検出装置２ｄの設置環境は、第１の実施例におけるブーム負荷圧検出装置５ｂおよびアーム負荷圧検出装置６ｂ（図２に示す）ほど過酷ではないため、ブーム負荷圧検出装置２ｃおよびアーム負荷圧検出装置２ｄの使用寿命を第１の実施例よりも伸ばすことができる。
図９は、本発明の第３の実施例に係る油圧ショベルに搭載された油圧駆動装置の概略構成図である。以下、第１の実施例との相違点を中心に説明する。
図９において、油圧駆動装置４００Ｂは１ポンプ式の油圧駆動装置であり、第１の実施例における油圧駆動装置４００から、第２油圧ポンプ２ｂ、第２ブーム方向制御弁２４、アームクラウド調速方向制御弁２２および、それらに付随する第２ポンプラインＬ２、パラレル回路Ｌ２ａ、リリーフ弁２７を取り除き、アーム方向制御弁２３のメータアウト側と作動油１６とを接続する油路にアーム調速弁装置としてのアームクラウド調速開閉弁２５を設けた構成となっている。
コントロールバルブ２０Ａにおいて、第１ポンプラインＬ１にはブーム方向制御弁２１とアーム方向制御弁２３が接続されており、第１油圧ポンプ２ａが吐出する圧油は、ブームシリンダ５とアームシリンダ６に供給される。第１ブーム方向制御弁２１とアーム方向制御弁２３は、第１油圧ポンプ２ａに対してパラレルに接続されており、分流可能に構成されている。
図１０Ａは、アーム方向制御弁２３Ａのアームクラウド側の開口特性を示す図であり、図１０Ｂは、アームクラウド調速開閉弁２５の開口特性を示す図である。
図１０Ａにおいて、アーム方向制御弁２３は、アームクラウドパイロット圧の増加に対して、メータアウト開口面積がメータインの開口面積よりも先に増加し始めるように構成されている。すなわち、メータアウト開口が開き始めるときのパイロット圧は、メータイン開口が開き始めるときのパイロット圧よりも小さく設定されている。また、アーム方向制御弁２３のメータアウト開口面積とアームクラウド調速開閉弁２５の開口面積とを比較した場合、アームクラウド調速開閉弁２５の開口面積の方が遅れて増加し始めるように構成されている。すなわち、アームクラウド調速開閉弁２５が開き始めるときのパイロット圧は、アーム方向制御弁２３のメータイン開口が開き始めるときのパイロット圧よりも大きく設定されている。このように設定することで、パイロット圧が低い領域、すなわちアーム速度が低い領域では、アーム方向制御弁２３と直列に接続されているアームクラウド調速開閉弁２５の開口面積がアーム方向制御弁２３のメータアウト開口面積よりも小さくなるため、アーム方向制御弁２３によるメータアウト制御を不能としつつ、アームシリンダ６からの戻り流量をアームクラウド調速開閉弁２５のみによって調節することができる。これにより、掘削負荷の増大に応じてアームクラウド調速パイロット圧を減少補正することにより、掘削負荷が急激に低下したときに、アームシリンダ６の背圧が上昇し、アームシリンダ６に供給される圧油の流量が抑制され、アーム１２の急加速が防止される。
以上のように構成した本実施例によれば、１ポンプ式の油圧ショベルにおいて、掘削負荷が急激に低下したときのアーム１２の急加速を防止することにより、水平均し作業や法面整形作業等における仕上げ精度を向上させることができる。
また、バケット８先端が目標面から離れるに従って、アームクラウド調速開閉弁２５の開口の縮小幅が小さくなるため、アームクラウド調速開閉弁２５の絞りによる圧力損失を低減することができる。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
１ａ…走行用右操作レバー装置、１ｂ…走行用左操作レバー装置、１ｃ…右操作レバー装置（ブーム操作装置）、１ｄ…左操作レバー装置（アーム操作装置）、２…油圧ポンプ装置、２ａ…第１油圧ポンプ、２ｂ…第２油圧ポンプ、２ｃ…第１ポンプ吐出圧センサ（ブーム負荷圧検出装置）、２ｄ…第２ポンプ吐出圧センサ（アーム負荷圧検出装置）、３…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、５ｂ…ブームボトム圧センサ（ブーム負荷圧検出装置）、６…アームシリンダ、６ｂ…アームボトム圧センサ（アーム負荷圧検出装置）、７…バケットシリンダ、８…バケット、９…下部走行体、１０…上部旋回体、１１…ブーム、１２…アーム、１３ａ…ブーム角度検出器、１３ｂ…アーム角度検出器、１３ｃ…バケット角度検出器、１４…エンジン、１５…作業装置、１６…作動油タンク、２０…コントロールバルブ、２１…第１ブーム方向制御弁、２１ａ，２１ｂ…電磁比例弁、２２…アームクラウド調速方向制御弁（第２アーム方向制御弁、アーム調速弁装置）、２２ａ…電磁比例弁、２３，２３Ａ…アーム方向制御弁（第１アーム方向制御弁）、２３ａ，２３ｂ…電磁比例弁、２４…第２ブーム方向制御弁、２５…アームクラウド調速開閉弁（アーム調速弁装置）、２６…リリーフ弁、２７…リリーフ弁、２９…パイロット油圧源、３２…モード設定スイッチ、１００…メインコントローラ（制御装置）、１１０…目標パイロット圧演算部、１２０…作業装置位置取得部、１３０…目標面距離取得部、１４０…メインスプール制御部、１４１ａ〜１４１ｄ…電磁弁駆動信号生成器、１４２ａ，１４２ｃ…選択器、１４３…ブーム上げ補正パイロット圧演算器、１４４…最大値選択器、１４５…アームクラウド補正パイロット圧ゲイン演算器、１４６…乗算器、１４７…アームクラウド分流補正パイロット圧ゲイン演算器、１４８…減算器、１５０…アームクラウド調速制御部、１５１…電磁弁駆動信号生成器、１５２…選択器、１５４…パイロット圧上限値演算器、１５６…パイロット圧下限値演算器、１５７…最大値選択器、１５８…最小値選択器、２００…情報コントローラ、３００…油圧ショベル、４００，４００Ａ，４００Ｂ…油圧駆動装置、Ｌ１…第１ポンプライン、Ｌ１ａ…パラレル回路、Ｌ２…第２ポンプライン、Ｌ２ａ…パラレル回路、Ｐ…隆起部。

Claims (4)

  1. ブームとアームとを有する作業装置と、
    前記ブームを駆動するブームシリンダと、
    前記アームを駆動するアームシリンダと、
    作動油タンクと、
    第１油圧ポンプと、
    前記第１油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給される圧油の流量と方向を制御する第１ブーム方向制御弁と、
    前記第１油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の流量と方向を制御する第１アーム方向制御弁と、
    前記第１ブーム方向制御弁の操作量を指示するブーム操作装置と、
    前記第１アーム方向制御弁の操作量を指示するアーム操作装置と、
    前記ブームシリンダの負荷圧を検出するブーム負荷圧検出装置と、
    前記アームシリンダの負荷圧を検出するアーム負荷圧検出装置と、
    前記ブームシリンダの負荷圧に対する前記アームシリンダの負荷圧の偏差の増大に応じて前記アームシリンダのメータイン開口が拡大するように、前記アーム操作装置によって指示された前記第１アーム方向制御弁の操作量を増加補正する制御装置とを備えた油圧式作業機械において、
    前記第１アーム方向制御弁とは独立して前記アームシリンダのメータアウト開口を調節できるアーム調速弁装置を更に備え、
    前記制御装置は、前記アーム操作装置によって指示された操作量を増加補正するときに、前記アームシリンダの負荷圧の増大に応じて前記アームシリンダのメータアウト開口が縮小するように前記アーム調速弁装置を制御する
    ことを特徴とする油圧式作業機械。
  2. 請求項１に記載の油圧式作業機械において、
    第２油圧ポンプと、
    前記ブーム操作装置によって指示された操作量に応じて、前記第２油圧ポンプから前記ブームシリンダに供給される圧油の流量と方向を制御する第２ブーム方向制御弁とを更に備え、
    前記アーム調速弁装置は、前記アーム操作装置によって指示された操作量に応じて、前記第２油圧ポンプから前記アームシリンダに供給される圧油の流量と方向を制御する第２アーム方向制御弁であり、前記第２アーム方向制御弁は、前記第１アーム方向制御弁のメータアウト開口が開き始めるときの操作量よりも小さい操作量でメータアウト開口が開き始めるように構成されており、
    前記制御装置は、前記アーム操作装置によって指示された操作量を増加補正するときに、前記アームシリンダの負荷圧の増大に応じて前記第２アーム方向制御弁の操作量を減少補正する
    ことを特徴とする油圧式作業機械。
  3. 請求項１に記載の油圧式作業機械において、
    前記アーム調速弁装置は、前記第１アーム方向制御弁と前記作動油タンクとを接続する油路に設けられた開閉弁である
    ことを特徴とする油圧式作業機械。
  4. 請求項１に記載の油圧式作業機械において、
    前記制御装置は、前記作業装置と施工目標面との距離である目標面距離を演算し、前記アーム操作装置によって指示された操作量を増加補正するときに、前記目標面距離の増大に応じて、前記アームシリンダの負荷圧の増大に応じた前記アームシリンダのメータアウト開口の縮小幅が小さくなるように前記アーム調速弁装置を制御する
    ことを特徴とする油圧式作業機械。
JP2017161634A 2017-08-24 2017-08-24 油圧式作業機械 Active JP6707064B2 (ja)

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