JP2880632B2 - 建設機械のシリンダ制御装置 - Google Patents

建設機械のシリンダ制御装置

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JP2880632B2 JP5280889A JP28088993A JP2880632B2 JP 2880632 B2 JP2880632 B2 JP 2880632B2 JP 5280889 A JP5280889 A JP 5280889A JP 28088993 A JP28088993 A JP 28088993A JP 2880632 B2 JP2880632 B2 JP 2880632B2
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/22Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/2203Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
    • E02F9/2207Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations

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  • Civil Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、油圧制御弁を介して、
油圧シリンダのボトム側あるいはロッド側に選択的に油
圧を供給することにより、フロント作業機のブームを駆
動する建設機械のシリンダ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、フロント作業機のブームを油圧シ
リンダで駆動する建設機械として、例えば、図3に示す
ような油圧ショベルが広く使用されている。
【0003】この油圧ショベルでは、切換レバー8を有
する油圧制御弁10をA側に切換えると、ポンプ12に
より油圧シリンダ11のボトム側ライン14に圧油が送
られ、ロッド側ライン16の油はタンクに戻るため、ボ
トム側の圧力が高くなり、ピストン17を押し上げるの
で、ブーム18は上昇する。
【0004】又、制御弁10をB側に切換えると、ポン
プ12により、ロッド側ライン16に圧油が送られ、ボ
トム側ライン14の油はタンクに戻るため、ロッド側の
圧力が高くなり、ピストン17を押し下げ、ブーム18
は下降する。
【0005】なお、図3に示した状態では、制御弁10
は中立状態にあり、油圧の移動が阻止されるため、ブー
ム18はその位置のまま固定されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、油圧シリンダでブームを駆動する油圧ショベ
ル等の建設機械においては、作業能率の向上を目指して
シリンダの作動速度を上げていくと、作動停止後、フロ
ント作業機の慣性や作動油の圧縮性等のためにシリンダ
が僅かに伸縮を繰り返し、そのためフロント作業機の先
端を位置決めするような作業ではその能率が妨げられる
と共に、作業者の乗りごこちが悪化するという不具合が
起こる。従来は、フロント作業機を駆動する各油圧シリ
ンダの作動速度がそれ程速くなかったため、作動停止時
の慣性力があまり大きくならず、前記不具合は目立た
ず、特にこれに対応した技術はなかった。
【0007】ところが、近年、油圧ショベル等の建設機
械は、作業能率の向上を目指して、シリンダの作動速度
を向上させる傾向にある。そのため、特に慣性の大きい
ブームを駆動するシリンダがその作動停止後、伸縮を繰
り返す現象が顕著になってきた。
【0008】この現象の発生原因を以下、図4を参照し
ながら詳しく説明する。
【0009】図4は、ブーム下げ停止時における、ブー
ム先端の変位、ボトム側圧力、ロッド側圧力の時間経過
に伴う変化を示したグラフである。
【0010】操作中立状態(図4の)においては、油
圧シリンダのロッド側(以下単にロッド側と称する)は
無負荷状態となり、油圧シリンダのボトム側(以下単に
ボトム側と称する)は、ブームの保持圧が作用してい
る。
【0011】又、定常状態でのブーム下げ操作時(図4
の)においては、該ブームの自重落下状態のため、ロ
ッド側は、ほぼ無負荷状態となり、ボトム側は落下速度
制御圧が作用している。
【0012】更に、操作停止時(図4の)において
は、操作量を中立に戻す過程においてブームは、その慣
性力により更に降下しようとする。このとき、ブームの
動きを止める十分な力(圧力)がボトム側にないため、
該ボトム側の容積が減少し、ブームは更に降下する。こ
れに伴い、次に示す、油圧容器の容積変化に伴う容器内
の圧力変化を示す式(1)により明らかなように、ボト
ム側の圧力が増加する。
【0013】又、同じく、(1)式より明らかなよう
に、ロッド側は容積が増加し圧力が減少する(但し、操
作停止直後は、もともと無負荷状態である)。
【0014】ΔP=−ΔV/(β×V) …(1) ΔP:圧力変化量 β :圧縮率 V :容器の容積 ΔV:容積変化量
【0015】なお、作動油の圧縮率βは、理論上、圧力
とは無関係に一定値で、小さな値であるが、実際は、作
動油中に僅かながら気泡が混入し、理論値よりも大きな
値となる。
【0016】ボトム側の圧力(力)がブームの慣性力と
等しくなると、ブームの動きは一旦止まる。ブームが一
旦止まった状態(図4の)において、ボトム側には保
持圧以上の圧力が蓄圧されているので、この圧力(力)
により、該ブームは上昇しようとするが、このとき、ロ
ッド側に、その動きを止める力(圧力)がないため、ブ
ームは今度は上昇を開始する。これに伴い、ボトム側は
容積が増加し、圧力は減少する((1)式参照)。
【0017】この圧力が中立時の保持圧まで低下して
も、ブームは、その慣性力で更に上昇し、ボトム側の圧
力は更に低下する。又、このときロッド側は逆に容積が
減少し、圧力が増加する((1)式参照)。この圧力
(力)がブームの慣性力と等しくなると、その動きは一
旦止まる。
【0018】ブームが再度一旦止まった状態(図4の
)では、ボトム側の圧力が保持圧以下になっているの
で、ブームは降下する。これに伴い、ボトム側の圧力が
中立時の保持圧まで上昇するが、ブームは、その慣性力
により更に降下する。
【0019】以下、上に述べた図4の、、の状態
を繰り返し、シリンダは伸縮を繰り返しながらエネルギ
・ロスに伴って収束する。
【0020】なお、ブーム上げ操作停止後も同様の現象
でシリンダは、収束するまで伸縮を繰り返す。
【0021】従って、作業能率の向上のために、なるべ
く早く、このシリンダの伸縮を収束させる必要が生じて
きた。
【0022】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、操作停止後のシリンダの伸縮を素早
く収束させることができる、建設機械のシリンダ制御装
置を提供することを目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本発明は、油圧制御弁を
介して、油圧シリンダのボトム側あるいはロッド側に選
択的に油圧を供給することにより、フロント作業機のブ
ームを駆動する建設機械のシリンダ制御装置において、
ボトム側の油圧を検出する手段を設けると共に、前記ロ
ッド側の油圧ラインからタンクに連通する油圧ラインを
分岐し、該分岐した油圧ラインの途中に、検出したボト
ム側の油圧に依存して切換わる電磁弁を設け、この電磁
弁により、ボトム側が所定圧力以下のとき以外は、ロッ
ド側が常にタンクに連通し得るようにしたことにより、
前記目的を達成したものである。
【0024】
【作用】本発明によれば、ロッド側の油圧ラインからタ
ンクに連通する油圧ラインを分岐させ、この分岐した油
圧ラインの途中に電磁弁を設けた。一方、ボトム側の油
圧を検出し、このボトム側の油圧に応じ、ボトム側の油
圧が所定値以下のとき以外は、ロッド側が常にタンクに
連通し得るようにし、ロッド側にブームの振動に依る高
圧が発生しないような構成とした。
【0025】これにより、例えばブームを地面に強く押
付けて本体を持上げる(ジャッキアップする)ときのよ
うに、ロッド側に積極的に高圧が必要とされるとき、即
ちボトム側の油圧を所定値以下とするようなときには、
従来と同様にロッド側に高圧を発生させることができ、
且つ、それ以外の通常運転時、即ちボトム側に高圧を発
生させるようなときには、ロッド側はタンクに連通され
るため、たとえブームが振動してもロッド側に該振動に
よる高圧が発生することがなくなり、ブームは(振動時
には)自重のみによって下がるだけとなり、従来のよう
に振動が長く繰返されるのが効果的に且つ簡易な構成で
抑制される。
【0026】又、本発明は、ロッド側の油圧の切換を電
磁弁によって実現しているため、応答性よく且つ確実に
切換ができる。
【0027】更に、フェイル時には遮断側になるように
フェイルセーフ構成を施すことにより万一電磁弁の駆動
系にフェイルが発生したとしてもブームの所定の昇降作
用を続行できる。
【0028】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。
【0029】図1は、本発明の実施例に係るフロント作
業機(油圧ショベル)の構成を示す油圧回路図である。
【0030】図1において、符号10は切換レバー8を
含む油圧制御弁、11は油圧シリンダ、12はポンプ、
14はボトム側ライン、16はロッド側ライン、17は
ピストン、18はブームであり、これらの基本構成につ
いては、既に説明した従来の油圧ショベルの構成と特に
異なるところはない。
【0031】これに対し、符号50がロッド側の油圧ラ
イン16から分岐してタンク52に連結された油圧ライ
ン、54がこの油圧ライン50の途中に設けられた電磁
弁であり、本発明実施のために設けられたものである。
【0032】この電磁弁54は、基本的には2位置切換
弁である。即ち図中左側に位置するばね58と、コント
ローラ60からのパイロット信号Pi によって駆動され
る図示せぬコイルの吸引力とのバランスにより、油圧ラ
イン50のタンク52に対する連通状態を切換えるもの
である。
【0033】一方、ボトム側ライン14には、油圧検出
手段としての油圧スイッチ70が配置され、その出力S
i 、即ちボトム側ライン14の油圧の情報が前述のコン
トローラ60に入力される。コントローラ60は、油圧
スイッチ70からの信号Siによりボトム側ライン14
の油圧が所定値以下となったと判断されたときに、前述
の油圧ライン50をタンク52側に連通させるためのパ
イロット信号Pi を電磁弁54に出力する。
【0034】次にこの実施例の装置の作用を、加えられ
た構成部分に着目して説明すると、電磁弁54、圧力ス
イッチ70の存在により、ロッド側の油圧ライン16
は、ジャッキアップ動作時のようにボトム側ライン14
の油圧が所定値以下となるようなときのほかは(電磁弁
54が図のB側に位置するため)タンク52と連通され
るようになる。従って、通常運転時においてはブーム1
8を押し上げるべくボトム側ライン14には高圧が発生
しているため、たとえシリンダ11が振動した場合であ
っても、それによってロッド側の油圧ライン16に高圧
が発生することはなくなる。そのため、従来ならばブー
ムの自重にプラスしてロッド側の高油圧がブームを強く
押し下げるが故になかなか減衰しなかった振動がより早
く減衰できるようになる。
【0035】一方、この実施例によれば、例えばジャッ
キアップ動作時のようにロッド側に積極的に高圧を発生
させる場合には、ボトム側ライン14はその油圧が所定
値以下とされるため、電磁弁54が図のA側に位置する
ことになる。従ってロッド側ライン16の油圧を支障な
く上昇させることができる。
【0036】なお、この実施例によれば、断線等により
パイロット信号Pi が電磁弁54に入力されなくなった
場合は、ばね58の付勢力により電磁弁54は図のA
側、即ち油圧ライン50をタンク52から遮断する側に
位置することになる。従って、この場合は、基本的に従
来と同様の構成となるため、振動抑制機能は得られない
ものの、ジャッキアップ動作も通常のブーム昇降動作も
従来と同様に継続することができる。
【0037】図2は、上記実施例に係る装置を用いてフ
ロント作業機の先端を変位させたときのボトム側圧力と
ロッド側圧力との変化を示している。
【0038】図2及び図4の比較から明らかなように、
従来に比べ操業停止後のシリンダの伸縮をすばやく収束
させることができる。
【0039】
【発明の効果】以上、説明した通り、本発明によれば、
作業速度が速い場合であっても操作停止後のシリンダの
伸縮を素早く収束させることができ、その結果フロント
作業機のブーム先端の位置決め等も簡単にでき、作業能
率の向上が達成できるという優れた効果が得られる。
【0040】又、運転中のフロント作業機全体の振動発
生を抑制できるので、作業機の可動部等の耐久性向上が
図れ、作業者の乗りごこちも向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の構成を示す油圧回路図
【図2】上記実施例の効果を示す、フロント作業機先端
の変位、ボトム側圧力、ロッド側圧力の時間変化を示す
線図
【図3】従来の、建設機械の構成を示す油圧回路図
【図4】従来の問題点を示す、ブーム先端の変位、ボト
ム側圧力、ロッド側圧力の時間変化を示す線図
【符号の説明】
8…切換レバー 10…油圧制御弁 11…油圧シリンダ 12…ポンプ 14…ボトム側ライン 15…タンク 16…ロッド側ライン 18…フロント作業機(ブーム) 50…分岐油圧ライン 52…タンク 54…電磁弁 60…コントローラ 70…圧力スイッチ(油圧検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F15B 11/00 E02F 9/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】油圧制御弁を介して、油圧シリンダのボト
    ム側あるいはロッド側に選択的に油圧を供給することに
    より、フロント作業機のブームを駆動する建設機械のシ
    リンダ制御装置において、 ボトム側の油圧を検出する手段を設けると共に、 前記ロッド側の油圧ラインからタンクに連通する油圧ラ
    インを分岐し、 該分岐した油圧ラインの途中に、検出したボトム側の油
    圧に依存して切換わる電磁弁を設け、 この電磁弁により、ボトム側が所定圧力以下のとき以外
    は、ロッド側が常にタンクに連通し得るようにしたこと
    を特徴とする建設機械のシリンダ制御装置。
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