JP2871871B2 - 建設機械の油圧駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は油圧シヨベル、クレーン
等の建設機械に備えられ、パイロツト圧によつて方向制
御弁を切換えてアクチユエータを駆動する油圧駆動装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の油圧駆動装置として、油
圧ポンプ例えば可変容量油圧ポンプと、この油圧ポンプ
から供給される圧油によつて駆動するアクチユエータ、
例えば油圧シリンダや油圧モータと、油圧ポンプからア
クチユエータのそれぞれに供給される圧油の流れを制御
する、各アクチユエータに対応して設けられる方向制御
弁と、これらの方向制御弁の駆動をそれぞれ制御する、
各方向制御弁に対応して設けられる操作装置と、これら
の操作装置に連絡されるパイロツトポンプと、油圧ポン
プの吐出量を制御する吐出量制御手段とを備えたものが
提案されている。

【０００３】上述のような建設機械の油圧駆動装置で
は、アクチユエータを比較的緩やかな速度すなわち緩速
度で作動させることが必要な場合と、当該アクチユエー
タを上述した緩速度よりも速い急速度で作動させること
が必要な場合とがある。例えば建設機械が油圧シヨベル
であれば、地面を水平にならすならし作業においてはア
ーム等を緩やかに本体側に引く微操作が要求され、この
ためにはアームシリンダを緩速度で作動させることが必
要になり、また土砂をバケツトでかき込み、トラツク等
に排出する掘削作業ではアーム等を速く作動させる急操
作が要求され、このためにはアームシリンダを急速度で
作動させることが必要になる。このような微操作、急操
作は油圧シヨベルに限られず、クレーン等でもおこなわ
れることであり、クレーンでは吊り荷を旋回させるため
に旋回体を緩やかに回転させる微操作が要求されたり、
吊り荷のない状態では比較的速い速度で旋回体を駆動す
る急操作が要求される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、操作装置の操作量に対する方向制御弁の切
換量、あるいは油圧ポンプの吐出量は一義的に設定さ
れ、すなわち１：１の対応関係となるように予め設定さ
れている。したがつて、例えば微操作を実施することを
意図して予め例えば方向制御弁のストロークを大きく設
定すると、操作装置の操作量に対する方向制御弁の開口
面積が比較的小さくなることから、アクチユエータに流
入する圧油の流量が抑えられ傾向となり、アクチユエー
タが緩速度で作動し、所望の微操作性が得られる。しか
しながら、このような微操作性の確保を意図して方向制
御弁のストロークを大きく設定すると、オペレータがア
クチユエータを急速度で作動させようとして操作装置を
操作したとき、アクチユエータに供給される流量の増加
の割合が小さいことから、結局、意図する急操作を実現
させることができない。これとは逆に、急操作の確保を
意図して、例えば方向制御弁のストロークを小さく設定
すると、急操作を実現させることはできても微操作性が
得られなくなる。

【０００５】本発明は、上記した従来技術における実情
に鑑みてなされたもので、その目的は、微操作、急操作
を含めてオペレータの意図する操作を確実に実現させる
ことができる建設機械の油圧駆動装置を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は、油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流
量を制御する吐出量制御手段と、油圧ポンプから供給さ
れる圧油によつて駆動するアクチユエータと、パイロツ
ト圧に応じて駆動し、油圧ポンプからアクチユエータに
供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方
向制御弁の駆動を制御する操作装置と、この操作装置に
連絡され、上記パイロツト圧を供給するパイロツトポン
プとを備え、上記アクチユエータが緩速度による作動
と、この緩速度よりも速い急速度による作動を選択的に
要求される建設機械の油圧駆動装置において、上記操作
装置の操作に伴つて方向制御弁の駆動部に与えられる上
記パイロツト圧の単位時間当りの変化量を実変化量とし
て検出する検出手段と、上記アクチユエータの作動形態
を考慮して上記パイロツト圧と該アクチユエータに供給
される流量との関係を予め設定するとともに、上記緩速
度及び急速度のいずれか一方に対応するパイロツト圧の
単位時間当りの変化量を予め基準変化量として設定する
設定手段と、上記検出手段で検出された実変化量と上記
設定手段で設定された基準変化量の大小関係を比較する
比較手段と、上記設定手段で設定されるパイロツト圧
と、アクチユエータに供給される流量の関係を変更する
演算をおこなう演算手段と、この演算手段の演算結果、
及び上記設定手段で設定されるパイロツト圧とアクチユ
エータに供給される流量の関係のいずれかに応じた吐出
流量となるように上記吐出量制御手段に駆動信号を出力
する出力手段とを備えた構成にしてある。

【０００７】

【作用】本発明は上記の構成にしてあることから、例え
ば微操作を意図して、パイロツト圧と、アクチユエータ
に供給される流量の関係を微操作に対応する関係、すな
わちパイロツト圧の増加に対して流量の増加が比較的少
ない関係を設定手段で予め設定するとともに、緩速度に
対応するパイロツト圧の単位時間当りの変化量、すなわ
ち微操作時に考えられるアクチユエータの作動に相応す
る変化量よりわずかに大きい変化量を基準変化量として
設定手段で予め設定しておき、比較手段で実変化量と、
微操作に相応する基準変化量とを比較すれば良い。すな
わち、オペレータが微操作を意図して操作装置を緩やか
に操作すると、このときの操作に伴うパイロツトの単位
時間当りの変化量が実変化量として検出され、この変化
量が比較手段で上述した基準変化量と比較される。今、
実変化量は微操作を意図して操作装置が緩やかに操作さ
れて得られる小さな値であるから基準変化量より小さ
く、したがつてこの比較結果に伴つて設定手段で設定さ
れているパイロツト圧と、アクチユエータに供給される
流量の関係に基づく駆動信号が吐出量制御手段に出力さ
れる。これにより、油圧ポンプは操作装置の操作量、す
なわちパイロツト圧の大きさに応じて比較的少ない流量
をアクチユエータに供給し、このアクチユエータの微操
作を実現させることができる。

【０００８】また、オペレータが急操作を意図して操作
装置を急激に操作すると、このときパイロツト圧の単位
時間当りの変化量の大きい実変化量が検出手段で検出さ
れ、この実変化量が比較手段で基準変化量と比較され
る。今、実変化量は操作装置の急激な操作によつて得ら
れた大きな値であるから、基準変化量より大きく、これ
に伴つて、設定手段で設定されたパイロツト圧と、アク
チユエータに供給される流量の関係を、パイロツト圧の
増加に対して流量の増加が大きくなる関係に変更する演
算が演算手段でおこなわれる。この変更されたパイロツ
ト圧と、アクチユエータに供給される流量の関係に基づ
く駆動信号が吐出量制御手段に出力される。これによ
り、油圧ポンプは操作装置の操作量、すなわちパイロツ
ト圧の大きさに応じて大きな流量をアクチユエータに供
給し、このアクチユエータの急操作を実現させることが
できる。

【０００９】このように、検出手段で検出される実変化
量と、設定手段で予め設定される基準変化量との比較に
応じて微操作、急操作、あるいは微操作と急操作の間の
操作を自動的に実現させることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の建設機械の油圧駆動装置の一
実施例を図に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例の基本構成を示す
回路図、図２は図１に示す実施例に備えられる制御装置
で実施される処理の手順を示すフローチヤート、図３は
図１に示す実施例に備えられるパイロツト操作装置のレ
バー角度θと、このパイロツト操作装置から出力される
パイロツト圧ＰＡとの関係を示す特性図、図４は図１に
示す実施例に備えられる制御装置に含まれる設定手段で
設定されるパイロツト圧ＰＡと、アクチユエータに供給
される供給流量Ｑとの関係を示す特性図である。

【００１２】本実施例は例えば油圧シヨベルに備えられ
るもので、図１に示すように、原動機１と、この原動機
１によつて駆動する油圧ポンプ例えば可変容量油圧ポン
プ２と、この可変容量油圧ポンプ２と連動するパイロツ
トポンプ３と、このパイロツトポンプ３から吐出される
パイロツト圧の最大圧を規定するパイロツトリリーフ弁
４と、可変容量油圧ポンプ２から吐出される圧油によつ
て駆動するアクチユエータ、例えば緩速度による作動
と、この緩速度よりも速い急速度による作動が選択的に
要求されるアームシリンダ５と、可変容量油圧ポンプ２
からアームシリンダ５に供給される圧油の流れを制御す
る方向制御弁６と、この方向制御弁６の駆動を制御する
操作装置例えばパイロツト操作装置７と、このパイロツ
ト操作装置７に備えられるパイロツト弁８，９のいずれ
かから供給されるパイロツト圧ＰＡを選択的に取出すシ
ヤトル弁１０と、上述した可変容量油圧ポンプ２の斜板
を制御するアクチユエータ１１と、この制御用アクチユ
エータ１１の駆動を制御する比例電磁弁１２と、タンク
１３とを備えている。上記した制御用アクチユエータ１
１と電磁弁１２とは、可変容量油圧ポンプの吐出流量を
制御する吐出量制御手段を構成している。また上記した
パイロツト操作装置７のレバー角度θとパイロツト圧Ｐ
Ａとの関係は図３に示すように比例関係に予め設定され
ている。また、本実施例は、シヤトル弁１０に接続さ
れ、パイロツト圧ＰＡの大きさを検出する圧力検出器１
４と、この圧力検出器１４で検出される信号を入力する
とともに、後述の信号処理をおこなつて電磁弁１２を駆
動する信号を出力する制御装置１５を備えている。

【００１３】この制御装置１５は、例えばマイクロコン
ピユータから成り、入力部、記憶部、演算部、出力部を
有している。このうちの記憶部は、アームシリンダ５の
作動形態を考慮してパイロツト圧ＰＡとアームシリンダ
５への供給流量Ｑとの関係、例えば、ならし作業に好適
な比較的緩やかな緩速度で作動される微操作を考慮した
図４に示すパイロツト圧ＰＡと供給流量Ｑとの関係を予
め設定するとともに、上述の緩速度及びこの緩速度より
も速い急速度のいずれか一方、例えば緩速度に基づき、
この緩速度よりもわずかに速い速度に対応するパイロツ
ト圧ＰＡの単位時間当りの変化量を予め基準変化量ＷＯ
として設定し、かつ、パイロツトリリーフ圧ＰＲを予め
設定する設定手段を含んでいる。また上述の演算部は、
パイロツト操作装置７のレバー操作に伴つて方向制御弁
６の駆動部に与えられるパイロツト圧ＰＡすなわち圧力
検出器１４から出力されるＰＡに応じて、このパイロツ
ト圧ＰＡの単位時間当りの変化量を実変化量Ｗとして検
出する検出手段と、この検出手段で検出された実変化量
Ｗと、上述の記憶部に含まれる設定手段で設定された基
準変化量ＷＯの大小関係を比較する比較手段と、この比
較手段の比較結果に応じて上記設定手段で設定される図
４で示したパイロツト圧ＰＡと供給流量Ｑの関係（ＰＡ
−Ｑカーブ）を変更する演算をおこなう演算手段とを含
んでいる。また上述の出力部は、演算部に含まれる上述
した演算手段の演算結果、及び上述した記憶部に含まれ
る設定手段で設定される、パイロツト圧ＰＡと供給流量
Ｑの関係のいずれかに応じた吐出量となるように、上述
した吐出量制御手段を構成する電磁弁１２に駆動信号を
出力する出力手段を含んでいる。

【００１４】このように構成した実施例における動作を
図１，図２を参照して以下に説明する。

【００１５】例えば、オペレータが図示しないバケツト
による地面のならし作業を意図して図１に示すパイロツ
ト操作装置７のレバーを緩やかに操作したとする。これ
により、パイロツト弁８，９のいずれかが作動してパイ
ロツトポンプ３からパイロツト弁８，９のいずれかを経
て、シヤトル弁１０を介して方向制御弁６の駆動部にパ
イロツト圧ＰＡが供給され、このパイロツト圧ＰＡの大
きさに応じた開口量となるように方向制御弁６が切換え
られる。これに応じて可変容量油圧ポンプ２から方向制
御弁６を経てアームシリンダ６に圧油が供給される。

【００１６】このとき、シヤトル弁１０に導かれるパイ
ロツト圧ＰＡが圧力検出器１４で検出され、図２に示す
処理がおこなわれる。すなわち、手順Ｓ１で示すよう
に、圧力検出器１４で検出されたパイロツト圧ＰＡが制
御装置１５の入力部を介して演算部に読み取られ、基準
変化量ＷＯと、パイロツトリリーフ圧ＰＲとが読み出さ
れる。次いで手順Ｓ２に移り、演算部に含まれる検出手
段で、入力されたパイロツト圧ＰＡに基づいてパイロツ
ト圧の単位時間当りの変化量である実変化量Ｗを求める
演算 Ｗ＝（ＰＡ−ＰＢ）／Δｔ がおこなわれる。ここでＰＡは今回入力されたパイロツ
ト圧、ＰＢは前回入力されたパイロツト圧、Δｔは予め
設定されるサンプリングタイムである。

【００１７】次いで手順Ｓ３に移り、演算部に含まれる
比較手段で実変化量Ｗが緩速度に応じて設定された上述
の基準変化量ＷＯよりも大きいかどうか比較される。
今、実変化量Ｗはパイロツト操作装置７のレバーを緩や
かに操作したことにより作られる小さな値であり、基準
変化量ＷＯよりも小さく、手順Ｓ４に移る。

【００１８】なお、図５は時間ｔとパイロツト圧ＰＡの
関係を示す図であるが、この図５中の特性線２０がこの
ようにパイロツト操作装置７のレバーが緩やかに操作さ
れたときの特性を示している。

【００１９】この手順Ｓ４では、演算要素であるゲイン
Ｐを上記のようにして入力されたＰＡとする設定がおこ
なわれる。次いで手順Ｓ５に移り、今回入力されたＰＡ
を次回の演算のための「前回パイロツト圧」ＰＢとする
置きかえがおこなわれ、手順Ｓ６に移る。この手順Ｓ６
では、既に読み出されているパイロツト圧ＰＡと供給流
量Ｑの関係から、上述の手順Ｓ４で得られたゲインＰす
なわちパイロツト圧ＰＡに相当する供給流量Ｑが選定さ
れ、この供給流量Ｑに相当する駆動信号ｉが求められ
る。次いで手順Ｓ７に移り、出力部から駆動信号ｉが電
磁弁１２に出力され、同時に手順Ｓ８に示すようにΔｔ
が演算部でカウントされて手順Ｓ１に戻り、同様の動作
がおこなわれる。

【００２０】上述した手順Ｓ７に示すように電磁弁１２
に駆動信号ｉが出力されるとこの電磁弁１２が駆動し、
この駆動に伴つて制御用アクチユエータ１１が制御さ
れ、Ｐ＝ＰＡに相当する、すなわち図４の関係にあるパ
イロツト圧ＰＡに相当する供給流量Ｑとなるように可変
容量油圧ポンプ２の斜板が制御され、この可変容量油圧
ポンプ２から、方向制御弁６を介してアームシリンダ５
に該当する流量が供給される。この場合に供給される流
量は図４の関係、すなわち微操作を意図した緩速度に対
応する流量（図６の特性線２５と同等）であり、したが
つてアームシリンダ５は緩速度で作動し、所望のならし
作業をおこなうことができる。

【００２１】一方、上記とは異なり、例えばオペレータ
が土砂の掘削作業を意図してアームシリンダ５を速く動
作させようと考え、図１に示すパイロツト操作装置７の
レバーを急操作したとする。このとき、シヤトル弁１０
に導かれるパイロツト圧ＰＡが圧力検出器１４で検出さ
れ、図２に示す処理がおこなわれるが、この場合、同図
２の手順Ｓ３の実変化量Ｗと基準変化量ＷＯの比較にお
いては、実変化量Ｗはパイロツト操作装置７のレバーを
急操作したことにより得られる大きな値であることから
基準変化量ＷＯよりも大きく、手順Ｓ９に移る。なお、
図５中の特性線２１は、このようにパイロツト操作装置
のレバーが急操作されたときの特性を示している。手順
Ｓ９では、例えば実変化量Ｗと基準変化量ＷＯの比（Ｗ
／ＷＯ）をパイロツト圧ＰＡに乗じて１より大きいゲイ
ンＰを求める下記の演算が、この演算部に含まれる演算
手段でおこなわれ、設定手段で設定された図４に示され
るパイロツト圧ＰＡと供給流量Ｑの関係の変更がおこな
われる。次いで手順Ｓ１０に移り、手順Ｓ９で得られた
ゲインＰとリリーフ圧ＰＲとの大小の比較がおこなわれ
る。ゲインＰがリリーフ圧ＰＲより小さいときには前述
した手順Ｓ５に移り、以下、手順Ｓ６，Ｓ７、あるいは
Ｓ８の処理がおこなわれる。この場合、手順Ｓ７におい
て電磁弁１２に出力される駆動信号ｉは手順Ｓ９で求め
られたゲインＰ、すなわち（Ｗ／ＷＯ）・ＰＡに相当す
る駆動信号であり、可変容量油圧ポンプ２から、方向制
御弁６を介してアームシリンダ５に供給される供給流量
Ｑとパイロツト圧ＰＡとの関係は急操作を意図した急速
度に対応する流量（図６の特性線２６で示す流量）であ
り、したがつてアームシリンダ５は急速度で作動し、所
望の掘削作業をおこなうことができる。

【００２２】なお、このような急操作時、仮にパイロツ
ト操作装置７のレバーがフルストロークに至る前まで操
作され、パイロツト圧ＰＡが最終的に図４のＰａになる
ものとすると、図５の時間ｔとパイロツト圧ＰＡとの関
係を示す特性線２１から明らかなように、パイロツト圧
ＰＡがリリーフ圧ＰＲになるまで時間ｔに対してパイロ
ツト圧ＰＡは直線的に増加し、次いでリリーフ圧ＰＲが
一定時間保たれ、その後減少し、最終的に上述したＰａ
になり、このＰａは微操作時の特性線２０上に位置す
る。これに伴つて、図６のパイロツト圧ＰＡと供給流量
Ｑとの関係を示す特性線２６から明らかなようにパイロ
ツト圧ＰＡがリリーフ圧ＰＲとなるまで流量Ｑは急激に
増加し、次いでリリーフ圧ＰＲが一定時間保たれる間、
流量Ｑは一定した最大流量となり、その後上述したＰａ
に対応するまで減少する。最終的な流量Ｑは、微操作時
の特性線２５上のＰａに対応する流量に一致する。

【００２３】また、上記では説明を簡単にするために、
ならし作業に好適な微操作と、掘削作業に好適な急操作
を例示したが、このような微操作と急操作の間の操作、
例えば掘削作業であつても夜間時の掘削作業で騒音防止
のために原動機１の回転数を抑える必要があるときな
ど、該当する操作に対応するパイロツト圧ＰＡに応じて
図２の手順Ｓ９で図４の関係を変更するゲインＰが求め
られ、上述した急操作時と同様にして該当する操作に好
適なパイロツト圧の立上り制御を自動的に実現できる。
図６の特性線２６で囲まれるハツチング部分２７はこの
ような操作において活用される特性領域である。

【００２４】なお、上記実施例では、図１に示すように
圧力検出器１４を設けてパイロツト圧ＰＡを直接検出す
るようにしてあるが、このような圧力検出器１４を設け
る代りに、あらかじめ図３に例示するレバー角度θとパ
イロツト圧ＰＡの関係を制御装置１５の記憶部に設定
し、パイロツト操作装置７のレバー角度θを検出する角
度検出器を設け、この角度検出器から出力される信号に
応じて制御装置１５の記憶部に設定した上記関係からパ
イロツト圧ＰＡを求めるように構成してもよい。

【００２５】

【発明の効果】本発明の建設機械の油圧駆動装置は、以
上のように構成してあることから、微操作、急操作を含
めてオペレータの意図する操作を確実に実現させること
ができ、従来に比べて操作性及び作業性が向上する効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の建設機械の油圧駆動装置の一実施例の
基本構成を示す回路図である。

【図２】図１に示す実施例に備えられる制御装置で実施
される処理の手順を示すフローチヤートである。

【図３】図１に示す実施例に備えられるパイロツト操作
装置のレバー角度θと、このパイロツト操作装置から出
力されるパイロツト圧ＰＡの関係を示す特性図である。

【図４】図１に示す実施例に備えられる制御装置に含ま
れる設定手段で設定されるパイロツト圧ＰＡと、アクチ
ユエータに供給される供給流量Ｑとの関係を示す特性図
である。

【図５】パイロツト装置装置から出力されるパイロツト
圧ＰＡと時間ｔとの関係を示す特性図である。

【図６】図１に示される実施例で得られるパイロツト圧
ＰＡと供給流量Ｑとの関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 原動機 ２ 可変容量油圧ポンプ ３ パイロツトポンプ ４ パイロツトリリーフ弁 ５ アームシリンダ ６ 方向制御弁 ７ パイロツト操作装置 ８，９ パイロツト弁 １０ シヤトル弁 １１ 制御用アクチユエータ １２ 比例電磁弁 １３ タンク １４ 圧力検出器 １５ 制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧ポンプと、この油圧ポンプの吐出流
   量を制御する吐出量制御手段と、油圧ポンプから供給さ
   れる圧油によつて駆動するアクチユエータと、パイロツ
   ト圧に応じて駆動し、油圧ポンプからアクチユエータに
   供給される圧油の流れを制御する方向制御弁と、この方
   向制御弁の駆動を制御する操作装置と、この操作装置に
   連絡され、上記パイロツト圧を供給するパイロツトポン
   プとを備え、上記アクチユエータが緩速度による作動
   と、この緩速度よりも速い急速度による作動を選択的に
   要求される建設機械の油圧駆動装置において、上記操作
   装置の操作に伴つて方向制御弁の駆動部に与えられる上
   記パイロツト圧の単位時間当りの変化量を実変化量とし
   て検出する検出手段と、上記アクチユエータの作動形態
   を考慮して上記パイロツト圧と該アクチユエータに供給
   される流量との関係を予め設定するとともに、上記緩速
   度及び急速度のいずれか一方に対応するパイロツト圧の
   単位時間当りの変化量を予め基準変化量として設定する
   設定手段と、上記検出手段で検出された実変化量と上記
   設定手段で設定された基準変化量の大小関係を比較する
   比較手段と、上記設定手段で設定されるパイロツト圧
   と、アクチユエータに供給される流量の関係を変更する
   演算をおこなう演算手段と、この演算手段の演算結果、
   及び上記設定手段で設定されるパイロツト圧とアクチユ
   エータに供給される流量の関係のいずれかに応じた吐出
   流量となるように上記吐出量制御手段に駆動信号を出力
   する出力手段とを備えたことを特徴とする建設機械の油
   圧駆動装置。