JP2776530B2 - 慣性体の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、慣性体を駆動するアクチユエータを圧油に
より駆動する慣性体の油圧駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

圧油を用いてある部材を駆動して所期の動作を行なう
機械は多くの分野において使用されている。そのような
機械の１つとして、例えば油圧シヨベルを挙げることが
できる。油圧シヨベルにおいては、１つ又は複数の油圧
ポンプが搭載され、当該油圧ポンプから吐出される圧油
により、ブームシリンダ，アームシリンダ，バケツトシ
リンダ，旋回モータ，左右の走行モータ等のアクチユエ
ータが駆動される。これら各アクチユエータと油圧ポン
プとの間にはそれぞれ流量制御弁が設けられており、オ
ペレータが油圧シヨベルの運転席に備えられている各ア
クチユエータの操作レバーを任意に操作することにより
前記流量制御弁がこれに応じて作動し、油圧ポンプから
アクチユエータへの圧油の流れの方向および流量が制御
され、ひいてはアクチユエータの動作が制御され、これ
により油圧シヨベルの所期の作業が達成される。

このようなアクチユエータの駆動制御には種々の手段
が提案されているが、それらの１つに、例えば特開昭60
−11706号公報に示されているロードセンシングシステ
ムがある。このロードセンシングシステムは、アクチユ
エータの駆動制御中、前記流量制御弁の油圧ポンプ側の
油圧とアクチユエータ側の油圧（負荷圧）との差圧（流
量制御弁のメータリングオリフイスにより生じる差圧）
が常に、ある定められた所定値になるように油圧ポンプ
（可変容量油圧ポンプ）を制御する手段を備える。さら
に詳細に述べると、今、可変容量油圧ポンプがその斜板
等の傾転角により定まる一定流量を吐出し、これにより
アクチユエータが駆動されている状態において、当該ア
クチユエータを増速すべく前記操作レバーが操作される
と、これに応じて流量制御弁の開口面積が増加する。こ
のため、必然的に前記差圧は減少して前記所定値との間
に偏差を生じる。この偏差に応じて可変容量油圧ポンプ
に、その傾転角を大きくして圧油の吐出流量を増加させ
る指令が出力される。これにより流量制御弁を通過する
油量は増大してアクチユエータは増速され、かつ、同時
に前記差圧も増大して前記所定値に戻る。このようにし
て、常に前記差圧を所定値に保持するように可変容量油
圧ポンプを制御することにより、アクチユエータを操作
レバーの操作に応じて駆動制御することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記ロードセンシングシステムは、可変容量油圧ポン
プの入力トルク制御手段により制限されるトルクの範囲
内において、アクチユエータへの流量は流量制御弁開度
のみによつて決定されるものであり、アクチユエータの
速度制御手段として極めて優れた手段である。しかしな
がら、このようなロードセンシングシステムにあつて
は、慣性の大なる負荷（以下単に慣性体という。）を駆
動する場合に不都合を生じる。

以下、これを油圧シヨベルの旋回モータの例により説
明する。油圧シヨベルの旋回モータは、フロント機構が
取付けられ、かつ、原動機，油圧モータ，運転室，その
他の装置が設置された上部旋回体を回転させるアクチユ
エータ、即ち慣性体を駆動するアクチユエータである。
したがつて、起動に際しては大きな圧力が必要であり、
このため、油圧シヨベルのオペレータは旋回モータの起
動に際し操作レバーの操作量を最大とするのが通常であ
る。ところで、ロードセンシングシステムにおいては、
上記操作レバーの操作量が最大とされると流量制御弁の
開度も最大開度となり、この最大開度に応じて可変容量
油圧ポンプが流量を供給しようとするので、今、旋回モ
ータの加速時を考えると、旋回モータには当該最大開度
に対応する流量とリリーフ弁設定圧力とにより定まる動
力が加えられ、この動力により加速されることになる。
このため上部旋回体と旋回モータとの間に介在する歯車
等の動力伝達機構に過大な動力が加えられることにな
り、動力伝達機構に対して寿命低下等の悪影響を及ぼ
す。さらに旋回モータに実際に流入する流量以外の余剰
の流量はリリーフ弁を介してタンクに流出し、動力損失
を発生する。

ロードセンシングシステムにおけるこのような不都合
を防止するには、可変容量油圧ポンプの入力トルクを制
限する手段が考えられるが、このような手段は、旋回モ
ータと他のアクチユエータとを同時に駆動する複合操作
を行う場合、各アクチユエータに配分される動力の低下
を招き、作業能力が低下するので、到底採用することは
できない。そして、上記の不都合は油圧シヨベルの旋回
モータに限らず、種々の油圧機械における慣性体を駆動
する油圧アクチユエータでは常に生じる問題である。

本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決
し、ロードセンシングシステムが採用されている油圧装
置において、慣性体を駆動するアクチユエータに過大な
動力が配分されるのを防止することができ、ひいては機
構部の寿命低下を防止することができる慣性体の油圧駆
動装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、慣性体と、
これを駆動する油圧アクチュエータと、この油圧アクチ
ュエータに圧油を供給する油圧ポンプと、前記油圧アク
チュエータの駆動を制御する切換弁と、この切換弁の絞
りの前後差圧が予め定められた設定値になるように制御
する差圧制御手段と、前記切換弁の開度を制御する開度
制御手段と、を備えた油圧駆動装置において、前記開度
制御手段は、少なくとも、所定範囲の弁開度あるいは弁
開度指令値においてこの弁開度あるいは弁開度指令値の
増大とともに弁開度変化速度値を減少させる特性に従っ
て、時間的に変化する弁開度指令値を演算する演算手段
と、前記演算された弁開度指令値を前記切換弁に出力す
るとともに、前記演算された弁開度指令値が、操作指令
された弁開度値または所定の弁開度値に達した時、その
弁開度値を指令値として出力する出力手段と、を備える
ことを特徴とし、前記油圧アクチュエータに負荷される
動力を所定の大きさ以下に制限することを特徴とする。

〔作用〕

慣性体を駆動する油圧アクチュエータにおいて、その
駆動を制御する切換弁に対して操作指令が出力されたと
き、切換弁の開度をただちにその操作指令の指令値で制
御することなく、弁開度あるいは弁開度指令値に対して
所定の弁開度変化速度値に基づいて演算された弁開度指
令値を、徐々に変化させてゆき、その値が操作指令され
た指令値または弁開度の最大指令値に達したとき、その
指令値で開度させる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの油圧駆
動装置の油圧回路図である。図で、１は圧油供給機構を
示す。この圧油供給機構１は、可変容量油圧ポンプ2,
3、それらのおしのけ容積可変機構（斜板で代表させ
る）2a,3a、各斜板2a,3aを駆動する油圧シリンダ４、入
力トルク制御を行う制御弁５、およびロードセンシング
システム制御を行う制御弁６で構成されている。７はパ
イロツトポンプ、８はパイロツトポンプ７の回路の最高
圧を規定するリリーフ弁である。

10は油圧シヨベルの旋回モータ、10Lは旋回モータ10
の図示しない操作レバーの操作量に応じた信号を出力す
る操作指令信号発生器、11は旋回モータ10の切換弁機構
を示す。切換弁機構11は、オーバーロードリリーフ弁13
a,13b、流量制御弁12、および調整14で構成されてい
る。15は油圧シヨベルのブームシリンダ、15Lはブーム
シリンダ15の図示しない操作レバー操作量に応じた信号
を出力する操作指令信号発生器、16はブームシリンダ15
の切換弁機構を示す。切換弁機構16は切換弁機構11と同
じく、流量制御弁17、オーバーロードリリーフ弁18a,18
b、および調節弁19で構成されている。20は旋回モータ1
0およびブームシリンダ15の負荷圧のうちの高圧を選択
するシヤトル弁、21は可変容量油圧ポンプ2,3の油圧回
路の最高圧を規定するリーフ弁である。22は操作指令信
号発生器10L,15Lの信号を入力し、これに基づいて流量
制御弁12,17の開度を制御する制御装置であり、マイク
ロコンピユータで構成されている。

次に、本実施例の動作を第２図に示すフローチヤー
ト、第３図に示す開度変化速度特性図および第４図に示
す駆動圧力特性図を参照しながら説明する。旋回モータ
10の操作レバーが操作されるとその操作量に応じて操作
指令信号発生器10Lから信号が出力され、この信号に基
づいて制御発生置22は流量制御弁12を所定の開度に駆動
する。この制御装置22の動作については後述する。流量
制御弁12が開くと旋回モータ10に可変容量油圧ポンプ2,
3の圧油が供給され、旋回モータ10が駆動される。ブー
ムシリンダ15も同様の動作により駆動される。

このような油圧アクチユエータの駆動において、制御
弁５は可変容量油圧ポンプ2,3の吐出圧を導入して入力
トルクがある設定値以上になるのを制限する入力トルク
制御を行い、又、制御弁６は可変容量油圧ポンプ2,3の
吐出圧とシヤトル弁20からの最高負荷圧とを導いてロー
ドセンシングシステム制御を行う。さらに、調整弁14は
複合操作が行われた場合の負荷圧の大小による圧油の流
量の偏りを調整する機能を有する。以上の動作は公知で
あるので、詳細な説明は省略する。

ここで、操作指令信号発生器10L,15Lから指令信号が
出力されたときの制御装置22の操作について説明する。
制御装置22は、まずこれら指令信号を読込む（第２図に
示すフローチヤートにおける手順S₁）。そして、流量制
御弁17に対しては操作指令信号発生器15Lから出力され
た指令信号に応じた駆動信号を出力し、流量制御弁17を
当該駆動信号に応じた開度とする。これにより、ブーム
シリンダ15はその開度に応じた速度で駆動される。

一方、旋回モータ10に対しては、制御装置22によつ
て、前述のように過大な動力が加わるのを避ける制御が
実行される。この制御は次のような考えに基づく制御で
ある。即ち、今、慣性体の慣性モーメントをＪ、油圧シ
ヨベルの上部旋回体の回転各速度をω、駆動圧力をＰ、
旋回モータ10の容量をＤ、旋回モータ10への流量をＱと
すると次式が成立する。

ここで、ω＝Q/Dであるから、 となる。（２）式は、旋回モータ10に加わる圧力Ｐを流
量Ｑの時間変化速度（dQ/dt）の調整により制御するこ
とができることを示している。制御装置22は、流量制御
弁12の開度を時間函数的に制御することにより旋回モー
タ10に供給される流量の時間変化速度を調整し、これに
より旋回モータ10に加わる動力を制御するものである。
第２図に示すフローチヤートの手順S₂以下の処理は、こ
のような制御を行うための処理である。次に、この処理
を説明する。

手順S₁で操作指令信号発生器10Lからの信号が読込ま
れると、これを制御開始信号として流量制御弁12に対す
る弁開度の制御が実施される。即ち、まず、流量制御弁
12に対する弁開度の前回の指令値（後述する手順S₃によ
り得られる指令値）から弁開度変化速度が求められる
（手順得S₂）。第３図に、弁開度指令値に対する弁開度
変化速度の特性が示されている。このような特性は制御
装置22に備えられた関数発生器により得られ、又は記憶
装置に記憶されている。第３図の実線から明らかなよう
に、弁開度変化速度は、弁開度指令値が０からある値ま
では最大値とされ、以後直線状に低下するように設定さ
れている。この場合は旋回モータ10の起動時の最初の処
理であるから、前回の弁開度指令値は０である。

次に、流量制御弁12に対して最初の弁開度指令値を出
力するために、これを今回の弁開度指令値として演算に
より求める（手順S₃）。即ち、今回の弁開度指令値は前
回の弁開度指令値に（開度変化速度×ΔＴ）を加算して
求める。この場合、前回の弁開度指令値は０、開度変化
速度は手順S₂の処理により求められた値、ΔＴは処理手
順が一巡するのに要する時間（時間刻み）である。この
ようにして求められた今回の弁開度指令値は、流量制御
弁12の弁開度最大値と比較される（手順S₄）。今回の弁
開度指令値が流量制御弁12の弁開度最大値に達していな
い場合、処理は手順S₅に移り、今度は、今回の弁開度指
令値が、手順S₁で読込まれた操作指令信号発生器10Lの
指令信号に相当する値と比較される。今回の弁開度指令
値が当該指令値に相当する値に達していない場合、手順
S₃で得られた今回の弁開度指令値を流量制御弁12の弁開
度指令値として出力する（手順S₆）。そして、処理は再
び手順S₁に戻り、手順S₁〜S₆の処理が繰返えされる。

上記の処理の繰返えしにより、流量制御弁12の弁開度
指令値は旋回モータ10の操作レバーの操作量にかかわら
ず徐々に増加してゆき、その増加の速度は第３図に示す
開度変化速度に対応した速度となる。そして、手順S
₅で、今回の弁開度指令値が操作指令信号発生器10Lの出
力信号に達したと判断されると、手順S₃で求めた今回の
弁開度指令値がどのような値であつても、この値を操作
指令信号発生器10Lの出力信号に相当する弁開度指令値
と置き換え（手順S₇）、置き換えた弁開度指令値を流量
制御弁12に出力する（手順S₆）。即ち、旋回モータ10の
操作レバーの操作量に応じた弁開度指令値が流量制御弁
12に出力される。又、手順S₄で、今回の弁開度指令値が
流量制御弁12の弁開度最大値に達していると判断された
場合には、手順S₃で求められた今回の弁開度指令値の如
何にかかわらず、これを弁開度最大値と置き換え（手順
S₈）、この弁開度最大値を流量制御弁12に出力する（手
順S₆）。

上記の制御により旋回モータ10の駆動圧力は流量制御
弁12の弁開度の時間的な変化で制御される。ここで、ロ
ードセンシング制御においては、当該弁開度は旋回モー
タ10への流量に比例するので、結局、旋回モータ10の駆
動圧力は当該流量で制御されることになる。第４図は第
３図に示す開度変化速度にしたがつた場合の旋回モータ
10の流量に対する駆動圧力の特性図であり、これによ
り、旋回モータ10へ負荷する動力が所定の値を越えない
ように制御し得ることが明らかである。

このように、本実施例では、旋回モータの弁開度を、
その指令値に相当する弁開度まで所定の開度変化速度で
徐々に増加させてゆくようにしたので、ロードセンシン
グシステムを採用していても、旋回モータに過大な動力
が加わるのを防止することができ、ひいてはその伝達機
構の寿命の低下を防止することができ、さらに余剰流量
がリリーフされることにより発生する動力損失を防止す
ることができる。又、油圧シヨベルにあつては、ブーム
の上げ動作と上部旋回体の旋回動作とを同時に行う作業
が多用されるが、この作業では一般に、ブーム上げ速度
に比較して上部旋回体の旋回速度が早過ぎるきらいがあ
る。しかし、本実施例の制御手段を採用し開度変化速度
の特性を任意に設定することにより、動力を適切に配分
することができるので、結局、両者をタイミング良く駆
動することができる。

第５図は本発明の他の実施例に係る油圧シヨベルの油
圧駆動装置の油圧回路図である。図で、第１図に示す部
分の同一又は等価な部分には同一符号を付して説明を省
略する。11′は旋回モータ10の切換弁機構である。この
切換弁機構11′において、第１図に示す流量制御弁12に
相当するのは、ポペツト弁12a₁〜12a₄および電磁比例弁
12b₁〜12b₄である。16′はブームシリンダ15の切換弁機
構である。この切換弁機構16′において、第１図に示す
流量制御弁17に相当するのは、ポペツト弁17a₁〜17a₄お
よび電磁比例弁17b₁〜17b₄である。22′は第１図に示す
制御装置22に相当する制御装置である。23は旋回モータ
10とブームシリンダ15の負荷圧を導く共通のパイロツト
管路に設けられた絞りであり、この絞り23により最大負
荷圧が制御弁６に与えられることになる。

制御装置22′から電磁比例弁12b₁,12b₂に指令信号が
出力されると、この指令信号に応じた開度でポペツト弁
12a₁,12a₂が開き、旋回モータ10が駆動される。又、電
磁比例弁12b₃,12b₄に指令信号が出力されると、これに
応じた開度でポペツト弁12a₃,12a₄が開き、旋回モータ1
0が逆方向に駆動される。ブームシリンダ15の駆動も同
様になされる。制御装置22′の処理手順は第１図に示す
制御装置22の処理手順と同じであり、これによる旋回モ
ータ10、ブームシリンダ15の制御状態も同じであつて、
さきの実施例の効果と同じ効果を奏する。

なお、上記各実施例の説明では、油圧アクチユエータ
として油圧シヨベルの旋回モータを例示して説明した
が、これに限ることはなく、慣性体を駆動する油圧アク
チユエータであればどのようなものに対しても適用可能
である。又、第３図に示す開度変化速度特性を破線に示
すように双曲線とすれば、より良い等馬力近似が可能と
なる。さらに、上記特を慣性モーメントやポンプ回転数
により補正すれば、より一層良好な特性を得ることがで
きる。また、上記各実施例ではポンプ吐出流量を操作す
ることにより流量制御弁メータリングオリフイスの前後
の差圧を制御する例を示したが、これに限らず公知の弁
により、余剰の流量をタンクに流出して上記差圧を制御
する方式でも良いし、最終的に調整弁14,19で調整され
ているオリフイス差圧より所定の値だけ大きな差圧に調
整しても良い。

〔発明の効果〕 以上述べたように、本発明では、開度制御手段によ
り、切換弁の開度を予め定められた速度特性に基づいて
変化させてゆくようにしたので、慣性体を駆動する油圧
アクチユエータに過大な動力が配分されるのを防止する
ことができ、ひいては機構部の寿命低下を防止すること
ができる。又、当該油圧アクチユエータ以外の油圧アク
チユエータが備えられ、その油圧アクチユエータとの複
合操作がなされる場合、各油圧アクチユエータを適切に
作動されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る油圧シヨベルの油圧駆動
装置の油圧回路図、第２図，第３図および第４図はそれ
ぞれ第１図に示す制御装置の動作を説明するフローチヤ
ート，開度変化速度特性図および駆動圧力特性図、第５
図は本発明の他の実施例に係る油圧シヨベルの油圧駆動
装置の油圧回路図である。 2,3……可変容量油圧ポンプ、5,6……制御弁、10……旋
回モータ、10L,15L……操作指令信号発生器、12,17……
流量制御弁、12a₁〜12a₄,17a₁〜17a₄……ポペツト弁、1
2b₁〜12b₄,17b₁〜17b₄……電磁比例弁、14,19……調整
弁、15……ブームシリンダ、20……シヤトル弁、22,2
2′……制御装置、23……絞り。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】慣性体と、これを駆動する油圧アクチュエ
   ータと、この油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧
   ポンプと、前記油圧アクチュエータの駆動を制御する切
   換弁と、この切換弁の絞りの前後差圧が予め定められた
   設定値になるように制御する差圧制御手段と、前記切換
   弁の開度を制御する開度制御手段と、を備えた油圧駆動
   装置において、 前記開度制御手段は、 少なくとも、所定範囲の弁開度あるいは弁開度指令値に
   おいてこの弁開度あるいは弁開度指令値の増大とともに
   弁開度変化速度値を減少させる特性に従って、時間的に
   変化する弁開度指令値を演算する演算手段と、 前記演算された弁開度指令値を前記切換弁に出力すると
   ともに、前記演算された弁開度指令値が、操作指令され
   た弁開度値または所定の弁開度値に達した時、その弁開
   度値を指令値として出力する出力手段と、 を備えることを特徴とする慣性体の油圧駆動装置。