JP3101545B2 - 油圧作業機の制振装置 - Google Patents
油圧作業機の制振装置Info
- Publication number
- JP3101545B2 JP3101545B2 JP07194542A JP19454295A JP3101545B2 JP 3101545 B2 JP3101545 B2 JP 3101545B2 JP 07194542 A JP07194542 A JP 07194542A JP 19454295 A JP19454295 A JP 19454295A JP 3101545 B2 JP3101545 B2 JP 3101545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydraulic
- cylinder
- pressure
- displacement
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
- E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
- E02F9/20—Drives; Control devices
- E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
- E02F9/2203—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function
- E02F9/2207—Arrangements for controlling the attitude of actuators, e.g. speed, floating function for reducing or compensating oscillations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Control Of Fluid Pressure (AREA)
- Operation Control Of Excavators (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】油圧ショベル、ホイールロー
ダー等の油圧作業機における制振装置に関するものであ
る。
ダー等の油圧作業機における制振装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】油圧作業機の代表例として、図５に油圧
ショベルの外観を示すが、本機は、機体９と、この機体
９上に一体的に設けたキャブ10と、機体９を旋回可能に
支持した走行装置11と、機体９にブームフートピン12を
介し連結したフロント作業部13とからなり、このフロン
ト作業部13は、ブーム１、アーム２およびバケット３が
順次ピン結合されている。
ショベルの外観を示すが、本機は、機体９と、この機体
９上に一体的に設けたキャブ10と、機体９を旋回可能に
支持した走行装置11と、機体９にブームフートピン12を
介し連結したフロント作業部13とからなり、このフロン
ト作業部13は、ブーム１、アーム２およびバケット３が
順次ピン結合されている。
【０００３】このフロント作業部13には、機体９とブー
ム１との間に介在するブームシリンダ４およびブーム１
とアーム２との間のアームシリンダ５、アーム２とバケ
ット３との間のバケットシリンダ６およびストラップ７
およびロッド８が設けられており、それらの構成部材が
互いにピン結合されている。
ム１との間に介在するブームシリンダ４およびブーム１
とアーム２との間のアームシリンダ５、アーム２とバケ
ット３との間のバケットシリンダ６およびストラップ７
およびロッド８が設けられており、それらの構成部材が
互いにピン結合されている。
【０００４】そして、従来のブームシリンダ４の油圧回
路を図４に示すが、前記各シリンダの中でブームシリン
ダ４はシリンダロッド4rの先端にフロント作業部13に相
当する質量負荷1aを分担しているが、このブームシリン
ダ４は、エンジンにより駆動される主油圧ポンプ21で生
成された高圧油が、制御弁22を経てブームシリンダ４の
油室4a，4bに供給されることにより伸縮し、掘削積込作
業が行なわれる。
路を図４に示すが、前記各シリンダの中でブームシリン
ダ４はシリンダロッド4rの先端にフロント作業部13に相
当する質量負荷1aを分担しているが、このブームシリン
ダ４は、エンジンにより駆動される主油圧ポンプ21で生
成された高圧油が、制御弁22を経てブームシリンダ４の
油室4a，4bに供給されることにより伸縮し、掘削積込作
業が行なわれる。
【０００５】この図４において、主油圧ポンプ21、制御
弁22、ブームシリンダ４およびタンク23は、管路31，3
2，33，34，35で相互に連結された主回路を構成する。
この回路は、操作レバーに設けられた操作弁24の油圧パ
イロット動作指令により制御弁22を方向および流量制御
することにより、ブームシリンダ４の伸びあるいは縮み
動作を制御する。
弁22、ブームシリンダ４およびタンク23は、管路31，3
2，33，34，35で相互に連結された主回路を構成する。
この回路は、操作レバーに設けられた操作弁24の油圧パ
イロット動作指令により制御弁22を方向および流量制御
することにより、ブームシリンダ４の伸びあるいは縮み
動作を制御する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、掘削土の積
み込み過程でブームシリンダ４の油室4a，4b内に圧油を
供給したり、圧油を排出する際にフロント作業部13およ
び機体９の全体が大きく振動し、キャブ10内に搭乗する
操縦者（オペレータ）の乗心地を大きく損なっている。
み込み過程でブームシリンダ４の油室4a，4b内に圧油を
供給したり、圧油を排出する際にフロント作業部13およ
び機体９の全体が大きく振動し、キャブ10内に搭乗する
操縦者（オペレータ）の乗心地を大きく損なっている。
【０００７】これは、図４に示されるように制御弁22と
ブームシリンダ４との間の管路32，33には、圧油の流動
をスムーズにするために振動防止の油機が設けられてお
らず、その結果としてブームシリンダ４の伸縮動作時に
振動が発生する。
ブームシリンダ４との間の管路32，33には、圧油の流動
をスムーズにするために振動防止の油機が設けられてお
らず、その結果としてブームシリンダ４の伸縮動作時に
振動が発生する。
【０００８】すなわち、ブームシリンダ４の受けるフロ
ント作業部13全体の慣性モーメントと、ブームシリンダ
４内の油の圧縮性に基づく油柱ばねとによって定まる固
有振動が、ブームシリンダ４の伸縮により励起され、特
に伸縮変化の大きな停止時に強い振動が生じる。
ント作業部13全体の慣性モーメントと、ブームシリンダ
４内の油の圧縮性に基づく油柱ばねとによって定まる固
有振動が、ブームシリンダ４の伸縮により励起され、特
に伸縮変化の大きな停止時に強い振動が生じる。
【０００９】振動を低減させるために、ピストン4cにオ
リフィス等の絞りを入れて減衰性能を上げることも考え
られるが、そのような場合は、フロント作業部13の重量
をブームシリンダ４で支持すると重力によりフロント作
業部13が自然落下する不具合がある。
リフィス等の絞りを入れて減衰性能を上げることも考え
られるが、そのような場合は、フロント作業部13の重量
をブームシリンダ４で支持すると重力によりフロント作
業部13が自然落下する不具合がある。
【００１０】また、管路32，33に絞りを入れると振動低
減にはなるが、圧油の流動が阻害されるため、ブームシ
リンダ４の動作速度の低下を招き、ブームシリンダ本来
の性能が低下する。したがって、単なる従来の振動対策
はこの問題に対して有効ではなく、新たなる対策が必要
である。
減にはなるが、圧油の流動が阻害されるため、ブームシ
リンダ４の動作速度の低下を招き、ブームシリンダ本来
の性能が低下する。したがって、単なる従来の振動対策
はこの問題に対して有効ではなく、新たなる対策が必要
である。
【００１１】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、従来の油圧回路を大幅に変えることなく、かつ本
来の機能を防げることなく、油圧シリンダの伸縮に伴う
フロント作業部の振動に因る不快な機体振動を急速に減
衰させることができる油圧作業機の制振装置を提供し、
操縦者の乗心地などの改善を図ることを目的とするもの
である。
ので、従来の油圧回路を大幅に変えることなく、かつ本
来の機能を防げることなく、油圧シリンダの伸縮に伴う
フロント作業部の振動に因る不快な機体振動を急速に減
衰させることができる油圧作業機の制振装置を提供し、
操縦者の乗心地などの改善を図ることを目的とするもの
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載された発
明は、オペレータにて操作される操作弁により油圧パイ
ロット制御される制御弁を経て主油圧回路から作動油を
供給される油圧シリンダによりフロント作業部を駆動す
る油圧作業機において、前記油圧シリンダの伸び側圧力
および縮み側圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、前
記油圧シリンダのシリンダ変位を検出する変位センサ
と、前記圧力センサにて得られた油圧シリンダの伸び側
圧力と縮み側圧力とのシリンダ差圧と目標値との偏差を
処理して油圧シリンダの油柱による固有振動数近傍の周
波数帯域の信号だけを通過させることにより油圧シリン
ダの振動を早く収める動差圧制御信号を生成するバンド
パス形フィルタと、操作弁を中立に戻した時点で前記変
位センサにて得られたシリンダ変位を目標値としてこの
目標値と現在値との偏差を処理して油圧シリンダの変位
を操作弁を中立に戻した時点に保つ位置制御信号を生成
する位相遅れ補償フィルタと、前記バンドパス形フィル
タおよび位相遅れ補償フィルタを経た動差圧制御信号お
よび位置制御信号により制御されるサーボ弁と、このサ
ーボ弁を経て油圧シリンダに制振用の圧油を供給する制
振油圧回路とを具備した構成を有する油圧作業機の制振
装置である。
明は、オペレータにて操作される操作弁により油圧パイ
ロット制御される制御弁を経て主油圧回路から作動油を
供給される油圧シリンダによりフロント作業部を駆動す
る油圧作業機において、前記油圧シリンダの伸び側圧力
および縮み側圧力をそれぞれ検出する圧力センサと、前
記油圧シリンダのシリンダ変位を検出する変位センサ
と、前記圧力センサにて得られた油圧シリンダの伸び側
圧力と縮み側圧力とのシリンダ差圧と目標値との偏差を
処理して油圧シリンダの油柱による固有振動数近傍の周
波数帯域の信号だけを通過させることにより油圧シリン
ダの振動を早く収める動差圧制御信号を生成するバンド
パス形フィルタと、操作弁を中立に戻した時点で前記変
位センサにて得られたシリンダ変位を目標値としてこの
目標値と現在値との偏差を処理して油圧シリンダの変位
を操作弁を中立に戻した時点に保つ位置制御信号を生成
する位相遅れ補償フィルタと、前記バンドパス形フィル
タおよび位相遅れ補償フィルタを経た動差圧制御信号お
よび位置制御信号により制御されるサーボ弁と、このサ
ーボ弁を経て油圧シリンダに制振用の圧油を供給する制
振油圧回路とを具備した構成を有する油圧作業機の制振
装置である。
【００１３】そして、この請求項１に記載された発明
は、制御弁により圧油が油圧シリンダに送られると、油
圧シリンダは伸縮しようとするが、その動きは圧力セン
サにより観測され、電気信号が得られる。
は、制御弁により圧油が油圧シリンダに送られると、油
圧シリンダは伸縮しようとするが、その動きは圧力セン
サにより観測され、電気信号が得られる。
【００１４】まず、圧力は油圧シリンダの伸び側の油室
と縮み側の油室とで別個に計測され、そのシリンダ差圧
と、目標値との偏差がバンドパス形フィルタに送られ
る。
と縮み側の油室とで別個に計測され、そのシリンダ差圧
と、目標値との偏差がバンドパス形フィルタに送られ
る。
【００１５】このバンドパス形フィルタは、電気信号の
中からシリンダの油柱による固有振動数近傍の周波数帯
域のものだけを通過させ、その他の静圧あるいは伸縮の
ような非常にゆっくりとした現象と、観測上の高周波の
雑音成分とを除外する。
中からシリンダの油柱による固有振動数近傍の周波数帯
域のものだけを通過させ、その他の静圧あるいは伸縮の
ような非常にゆっくりとした現象と、観測上の高周波の
雑音成分とを除外する。
【００１６】本バンドパス形フィルタを通過する信号を
ここでは動差圧とし、通常ゲインを 乗じてサーボ弁の駆
動信号とすることにより、動差圧が急速に零となる減衰
力が働き、油圧シリンダの振動が早く収まる。
ここでは動差圧とし、通常ゲインを 乗じてサーボ弁の駆
動信号とすることにより、動差圧が急速に零となる減衰
力が働き、油圧シリンダの振動が早く収まる。
【００１７】さらに、フロント作業部の重力を受けたサ
ーボ弁内に油漏れなどがある場合はフロント作業部が自
然降下する不具合が生じるので、上記動差圧制御に加え
て、フロント作業部を空中に静止させるための位置制御
を行なう。
ーボ弁内に油漏れなどがある場合はフロント作業部が自
然降下する不具合が生じるので、上記動差圧制御に加え
て、フロント作業部を空中に静止させるための位置制御
を行なう。
【００１８】すなわち、オペレータがシリンダを停止さ
せる意図で操作弁を中立に戻した時点で変位センサにて
観測された変位を目標値として、この目標値と現在値と
の偏差を、非常に周波数の低い成分のみを通過させるこ
とにより動差圧制御に影響を与えない位相遅れフィルタ
に送る。
せる意図で操作弁を中立に戻した時点で変位センサにて
観測された変位を目標値として、この目標値と現在値と
の偏差を、非常に周波数の低い成分のみを通過させるこ
とにより動差圧制御に影響を与えない位相遅れフィルタ
に送る。
【００１９】この位相遅れフィルタを通過する信号は変
位の静成分のみであり、通常ゲインを乗じたものをサー
ボ駆動信号とし、サーボ弁を制御して制振油圧回路から
補正圧油を油圧シリンダに供給し、油圧シリンダの変位
を操作弁を中立に戻した時点に保つように制御する。
位の静成分のみであり、通常ゲインを乗じたものをサー
ボ駆動信号とし、サーボ弁を制御して制振油圧回路から
補正圧油を油圧シリンダに供給し、油圧シリンダの変位
を操作弁を中立に戻した時点に保つように制御する。
【００２０】次に、請求項２に記載された発明は、請求
項１記載の油圧作業機の制振装置において、操作弁の油
圧パイロット回路にパイロット圧力センサを設け、この
パイロット圧力センサにより検出されたシリンダ運転状
態時は位相遅れ補償フィルタへの入力信号を無くしてバ
ンドパス形フィルタを経た動差圧制御のみを行うととも
に、シリンダ停止状態時はこの動差圧制御と位相遅れ補
償フィルタを経た位置制御との併用に切替える切替器
を、変位センサと位相遅れ補償フィルタとの間に設けた
構成である。
項１記載の油圧作業機の制振装置において、操作弁の油
圧パイロット回路にパイロット圧力センサを設け、この
パイロット圧力センサにより検出されたシリンダ運転状
態時は位相遅れ補償フィルタへの入力信号を無くしてバ
ンドパス形フィルタを経た動差圧制御のみを行うととも
に、シリンダ停止状態時はこの動差圧制御と位相遅れ補
償フィルタを経た位置制御との併用に切替える切替器
を、変位センサと位相遅れ補償フィルタとの間に設けた
構成である。
【００２１】そして、この請求項２に記載された発明
は、動差圧制御と、動差圧制御および位置制御の合併制
御との間での切替えを自動化するために、操作弁の油圧
パイロット回路の圧力をパイロット圧力センサにより計
測することによりオペレータの運転動作を判別し、
（ｉ）シリンダ運転状態時の動差圧制御のみ、（ii）シ
リンダ停止状態時の動差圧制御および位置制御、の制御
則の切替えを行なうことにより、通常の運転状態を損な
うことなく安定した機械操作を行なう。
は、動差圧制御と、動差圧制御および位置制御の合併制
御との間での切替えを自動化するために、操作弁の油圧
パイロット回路の圧力をパイロット圧力センサにより計
測することによりオペレータの運転動作を判別し、
（ｉ）シリンダ運転状態時の動差圧制御のみ、（ii）シ
リンダ停止状態時の動差圧制御および位置制御、の制御
則の切替えを行なうことにより、通常の運転状態を損な
うことなく安定した機械操作を行なう。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明を油圧ショベルに実
施した場合の一形態を、図１を参照して詳細に説明す
る。
施した場合の一形態を、図１を参照して詳細に説明す
る。
【００２３】油圧シリンダとしてのブームシリンダ４を
伸縮する本来のシリンダ制御のために、車両搭載エンジ
ンにより駆動される主油圧ポンプ21と、方向制御および
流量調整機能を有する制御弁22と、ブームシリンダ４
と、タンク23とが、管路31，32，33，34，35により相互
に連結された主油圧回路を構成する。
伸縮する本来のシリンダ制御のために、車両搭載エンジ
ンにより駆動される主油圧ポンプ21と、方向制御および
流量調整機能を有する制御弁22と、ブームシリンダ４
と、タンク23とが、管路31，32，33，34，35により相互
に連結された主油圧回路を構成する。
【００２４】この主油圧回路は、操作レバーにて操作さ
れる操作弁24の油圧パイロット動作指令により制御弁22
を制御して、ブームシリンダ４の伸びあるいは縮み動作
を制御する。
れる操作弁24の油圧パイロット動作指令により制御弁22
を制御して、ブームシリンダ４の伸びあるいは縮み動作
を制御する。
【００２５】本発明は、この主油圧回路を変更せずに、
ブームシリンダ４に対して並列的に振動制御用の制振油
圧回路を設ける。すなわち、制振油圧回路は、主油圧ポ
ンプ21と同様にエンジンにて駆動される副油圧ポンプ41
と、圧力設定用のリリーフ弁42と、電気信号に基づいて
油圧を制御する電気・油圧式サーボ弁43と、これらを結
合する管路51，52，53，54とにより構成されている。
ブームシリンダ４に対して並列的に振動制御用の制振油
圧回路を設ける。すなわち、制振油圧回路は、主油圧ポ
ンプ21と同様にエンジンにて駆動される副油圧ポンプ41
と、圧力設定用のリリーフ弁42と、電気信号に基づいて
油圧を制御する電気・油圧式サーボ弁43と、これらを結
合する管路51，52，53，54とにより構成されている。
【００２６】この制振油圧回路のサーボ弁43の電気信号
入力部に対して、サーボ弁43を介してブームシリンダ４
にその振動を減衰させるように圧油を供給するための制
振用コントローラ55を設ける。
入力部に対して、サーボ弁43を介してブームシリンダ４
にその振動を減衰させるように圧油を供給するための制
振用コントローラ55を設ける。
【００２７】この制振用コントローラ55は、ブームシリ
ンダ４の内部圧力を管路32，33に設けた圧力センサ61，
62により、ならびにブームシリンダ４のロッド伸縮変位
をブームシリンダ４に設けた変位センサ63により、さら
には操作弁24による油圧パイロット圧力をパイロット圧
力センサ81，82によりそれぞれ観測し、内部の信号処理
回路を経由して出力したサーボ駆動信号をサーボアンプ
69に供給することにより振動が急速に整定するように作
動する電気回路である。
ンダ４の内部圧力を管路32，33に設けた圧力センサ61，
62により、ならびにブームシリンダ４のロッド伸縮変位
をブームシリンダ４に設けた変位センサ63により、さら
には操作弁24による油圧パイロット圧力をパイロット圧
力センサ81，82によりそれぞれ観測し、内部の信号処理
回路を経由して出力したサーボ駆動信号をサーボアンプ
69に供給することにより振動が急速に整定するように作
動する電気回路である。
【００２８】この制振用コントローラ55は、ブームシリ
ンダ４の振動を抑制するためにブームシリンダ４の油柱
による固有振動数近傍の周波数帯域の圧力信号だけを動
差圧として取出す動差圧制御回路と、ブームシリンダ４
の静止位置を一定に保つための位置制御回路とにより構
成する。
ンダ４の振動を抑制するためにブームシリンダ４の油柱
による固有振動数近傍の周波数帯域の圧力信号だけを動
差圧として取出す動差圧制御回路と、ブームシリンダ４
の静止位置を一定に保つための位置制御回路とにより構
成する。
【００２９】すなわち、動差圧制御回路は、圧力センサ
61で検出されたブームシリンダ４の伸び側圧力と、圧力
センサ62で検出されて受圧面積補正器64で補正されたブ
ームシリンダ４の縮み側圧力とから、差圧演算器71、差
圧偏差演算器72およびバンドパス形モーダルフィルタ
（モードフィルタともいう）65により動差圧制御信号を
生成する電気回路である。
61で検出されたブームシリンダ４の伸び側圧力と、圧力
センサ62で検出されて受圧面積補正器64で補正されたブ
ームシリンダ４の縮み側圧力とから、差圧演算器71、差
圧偏差演算器72およびバンドパス形モーダルフィルタ
（モードフィルタともいう）65により動差圧制御信号を
生成する電気回路である。
【００３０】また、位置制御回路は、変位センサ63で検
出されたシリンダ変位信号から切替器66と記憶器67とに
よりシリンダ変位の目標値を設定し、変位偏差演算器73
および位相遅れ補償フィルタ68により位置制御信号を生
成する電気回路である。
出されたシリンダ変位信号から切替器66と記憶器67とに
よりシリンダ変位の目標値を設定し、変位偏差演算器73
および位相遅れ補償フィルタ68により位置制御信号を生
成する電気回路である。
【００３１】前記切替器66は、パイロット圧力センサ8
1，82により検出されたパイロット圧力の差を演算する
パイロット信号演算器84と、その圧力差の絶対値を演算
する絶対値演算器83とにより得られる動作指令値を判定
部66a にて受け、（ｉ）この判定部66a で判定基準電圧
Ｅよりも大きければオン、（ii）小さければオフの判定
を行ない、切替部66b を作動させて記憶器67へのシリン
ダ変位観測値の供給を断続させる。
1，82により検出されたパイロット圧力の差を演算する
パイロット信号演算器84と、その圧力差の絶対値を演算
する絶対値演算器83とにより得られる動作指令値を判定
部66a にて受け、（ｉ）この判定部66a で判定基準電圧
Ｅよりも大きければオン、（ii）小さければオフの判定
を行ない、切替部66b を作動させて記憶器67へのシリン
ダ変位観測値の供給を断続させる。
【００３２】すなわち、（ｉ）操作弁24を操作してオン
となった場合は、シリンダ変位の現在値が目標値となる
から、変位偏差演算器73で演算される現在値と目標値と
の偏差は無く、位相遅れ補償フィルタ68から出力される
位置制御信号も零である。
となった場合は、シリンダ変位の現在値が目標値となる
から、変位偏差演算器73で演算される現在値と目標値と
の偏差は無く、位相遅れ補償フィルタ68から出力される
位置制御信号も零である。
【００３３】また、（ii）操作弁24を中立に戻してオフ
となった場合は、オフになった時点でのシリンダ変位量
が目標値となり、その目標値を記憶器67により固定する
ので、変位偏差演算器73にて現在値と目標値との偏差が
生じ、位相遅れ補償フィルタ68より位置制御信号が生じ
る。
となった場合は、オフになった時点でのシリンダ変位量
が目標値となり、その目標値を記憶器67により固定する
ので、変位偏差演算器73にて現在値と目標値との偏差が
生じ、位相遅れ補償フィルタ68より位置制御信号が生じ
る。
【００３４】以上のような動差圧制御信号および位置制
御信号はサーボ信号演算器74により加算され、サーボア
ンプ69に送られて、増幅された信号によりサーボ弁43が
駆動され、このサーボ弁43は、差圧および変位が目標値
に早く到達するようにブームシリンダ４の油室に圧油を
送り込む。その結果としてブームシリンダ４の振動が抑
制され、フロント作業部13のみならず機体全体の振動が
急速に低減される。
御信号はサーボ信号演算器74により加算され、サーボア
ンプ69に送られて、増幅された信号によりサーボ弁43が
駆動され、このサーボ弁43は、差圧および変位が目標値
に早く到達するようにブームシリンダ４の油室に圧油を
送り込む。その結果としてブームシリンダ４の振動が抑
制され、フロント作業部13のみならず機体全体の振動が
急速に低減される。
【００３５】このようにして、本発明は、従来の油圧回
路を大幅に変えることなく振動を低減でき、また、オペ
レータの運転を防げることなく、操作レバーの動きとは
無関係に実作業時に発生する振動を低減できる。
路を大幅に変えることなく振動を低減でき、また、オペ
レータの運転を防げることなく、操作レバーの動きとは
無関係に実作業時に発生する振動を低減できる。
【００３６】次に、この図１に示された実施形態の作用
を、図２に示された特性図および具体的数値を交えなが
ら説明する。
を、図２に示された特性図および具体的数値を交えなが
ら説明する。
【００３７】操縦者が操作レバーにより操作弁24を操作
すると、油圧パイロットにより作動するスプール弁のス
トロークに応じた流量調整機能を有する制御弁22が開閉
し、圧油がブームシリンダ４に送られ伸縮しようとする
が、その動きは圧力センサ61，62と変位センサ63とによ
り観測され、各電気信号が得られる。
すると、油圧パイロットにより作動するスプール弁のス
トロークに応じた流量調整機能を有する制御弁22が開閉
し、圧油がブームシリンダ４に送られ伸縮しようとする
が、その動きは圧力センサ61，62と変位センサ63とによ
り観測され、各電気信号が得られる。
【００３８】まず、圧力はブームシリンダ４の伸び側の
油室（受圧面積Ａ1 ）と縮み側の油室（受圧面積Ａ2 ）
とで別個に計測され、それぞれＰ１，Ｐ２とすると、次
の式（１）によってシリンダ差圧ＰＬに変換され、目標
値（０）との偏差がバンドパス形モーダルフィルタ（モ
ードフィルタ）65に送られる。
油室（受圧面積Ａ1 ）と縮み側の油室（受圧面積Ａ2 ）
とで別個に計測され、それぞれＰ１，Ｐ２とすると、次
の式（１）によってシリンダ差圧ＰＬに変換され、目標
値（０）との偏差がバンドパス形モーダルフィルタ（モ
ードフィルタ）65に送られる。
【００３９】 ＰＬ＝Ｐ１−（Ａ２／Ａ１）Ｐ２ （１） このバンドパス形モーダルフィルタ65は、電気信号の中
からブームシリンダ４の油柱による固有振動数近傍の周
波数帯域（例えば、１〜６Ｈｚ）の信号だけを通過さ
せ、その他の静圧あるいは伸縮のような非常にゆっくり
とした現象の信号と、観測上の高周波の雑音成分とを除
外する。
からブームシリンダ４の油柱による固有振動数近傍の周
波数帯域（例えば、１〜６Ｈｚ）の信号だけを通過さ
せ、その他の静圧あるいは伸縮のような非常にゆっくり
とした現象の信号と、観測上の高周波の雑音成分とを除
外する。
【００４０】ｓをラプラス変換の複素数とすると、前記
バンドパス形モーダルフィルタ65の伝達関数ＧＰＬは、
次の式（２）によって表される。
バンドパス形モーダルフィルタ65の伝達関数ＧＰＬは、
次の式（２）によって表される。
【００４１】 ＧＰＬ（Ｓ）＝ＴＰ２Ｓ／（Ｔｐ１Ｔｐ２Ｓ２＋Ｔｐ２Ｓ＋１） （２） ここに、Ｔｐ１，Ｔｐ２は時定数であり、これらを、次
のように設定することにより、１〜６Ｈｚ を通過帯域
とすることができる。
のように設定することにより、１〜６Ｈｚ を通過帯域
とすることができる。
【００４２】 Ｔｐ１＝２．７×１０−２（ｓｅｃ） Ｔｐ２＝１．６×１０−１（ｓｅｃ） 図２に、上記の場合のバンドパス形モーダルフィルタ65
の周波数特性を、実線によって示す。
の周波数特性を、実線によって示す。
【００４３】このモーダルフィルタ65（伝達関数
ＧＰＬ）を通過するものをここでは動差圧とし、通常ゲ
インＫｐＬを乗じてサーボ弁43の駆動信号とすることに
より、ブームシリンダ４の動差圧が急速に零となる減衰
力が働き、振動が早く収まる。
ＧＰＬ）を通過するものをここでは動差圧とし、通常ゲ
インＫｐＬを乗じてサーボ弁43の駆動信号とすることに
より、ブームシリンダ４の動差圧が急速に零となる減衰
力が働き、振動が早く収まる。
【００４４】ただし、動差圧制御のみではフロント作業
部13は重力を受けたサーボ弁43内の油の漏れ（リーク）
により自然降下する不具合が生じるので、次に、フロン
ト作業部13を空中に静止させる目的で、位置制御を行な
う。
部13は重力を受けたサーボ弁43内の油の漏れ（リーク）
により自然降下する不具合が生じるので、次に、フロン
ト作業部13を空中に静止させる目的で、位置制御を行な
う。
【００４５】すなわち、オペレータがブームシリンダ４
を停止させる意図で操作レバー（操作弁24）を中立に戻
した時点で観測された変位を、切替器66および記憶器67
により目標値（Ｒｄ）とし、変位偏差演算器73にて求め
られた目標値と現在値との偏差を、非常に周波数の低い
成分のみを通過させ動差圧制御に影響を与えない位相遅
れ補償フィルタ68に送る。
を停止させる意図で操作レバー（操作弁24）を中立に戻
した時点で観測された変位を、切替器66および記憶器67
により目標値（Ｒｄ）とし、変位偏差演算器73にて求め
られた目標値と現在値との偏差を、非常に周波数の低い
成分のみを通過させ動差圧制御に影響を与えない位相遅
れ補償フィルタ68に送る。
【００４６】この位相遅れ補償フィルタ68の伝達関数Ｇ
ｄは、次の式（３）によって表される。
ｄは、次の式（３）によって表される。
【００４７】 Ｇｄ（Ｓ）＝（ＣｄＴｄＳ＋１）／（ＴｄＳ＋１） （３） ここに、Ｃｄは定数、Ｔｄは時定数であり、これらを、
次のように設定することにより、図２のような折れ点周
波数１．５９×１０−２（Ｈｚ）で制振周波数域で−２
０ｄＢの良好なフィルタが得られる。
次のように設定することにより、図２のような折れ点周
波数１．５９×１０−２（Ｈｚ）で制振周波数域で−２
０ｄＢの良好なフィルタが得られる。
【００４８】 Ｃｄ＝０．１ Ｔｄ＝１０（ｓｅｃ） 図２に、上記の場合の位相遅れ補償フィルタ68の周波数
特性を、点線によって示す。
特性を、点線によって示す。
【００４９】この位相遅れ補償フィルタ68を通過するも
のは変位の静成分のみであり、通常ゲインＫｄを乗じた
ものをサーボ駆動信号として、サーボ弁43へ入力する。
のは変位の静成分のみであり、通常ゲインＫｄを乗じた
ものをサーボ駆動信号として、サーボ弁43へ入力する。
【００５０】なお、上記動差圧制御ならびに位置制御に
おいて、操作弁24の油圧パイロット回路の圧力をパイロ
ット圧力センサ81，82で計測し、そのパイロット圧力の
差をパイロット信号演算器84により演算して、その圧力
差の大きさのみを絶対値演算器83により演算し、切替器
66の判定部66a にて圧力差の電圧と判定基準電圧との大
小関係よりオペレータの運転動作を自動的に判別し、 （ｉ）シリンダ運転状態時：動差圧制御のみ、 （ii）シリンダ停止状態時：動差圧制御＋位置制御 の制御則の自動切替を行なうことによって、通常の運転
状態を損なうことなく安定した機械操作を行なうことが
できる。
おいて、操作弁24の油圧パイロット回路の圧力をパイロ
ット圧力センサ81，82で計測し、そのパイロット圧力の
差をパイロット信号演算器84により演算して、その圧力
差の大きさのみを絶対値演算器83により演算し、切替器
66の判定部66a にて圧力差の電圧と判定基準電圧との大
小関係よりオペレータの運転動作を自動的に判別し、 （ｉ）シリンダ運転状態時：動差圧制御のみ、 （ii）シリンダ停止状態時：動差圧制御＋位置制御 の制御則の自動切替を行なうことによって、通常の運転
状態を損なうことなく安定した機械操作を行なうことが
できる。
【００５１】
【実施例】次に、上記条件下で行った油圧ショベル（小
型機）における振動低減効果に関する実験結果の一例
を、図３において制御無しの場合は点線で、制御有りの
場合は実線でそれぞれ示す。
型機）における振動低減効果に関する実験結果の一例
を、図３において制御無しの場合は点線で、制御有りの
場合は実線でそれぞれ示す。
【００５２】図３において、（Ａ）に示されるように操
作レバーに応じてブームシリンダ４の変位は本制御の有
無に関わらず基準の０ｃｍから同じ様に伸びているが、
（Ｃ）に示されるバケット３の上下方向加速度および
（Ｄ）に示されるキャブ10の前後方向加速度では制御の
効果が明確に現れ、最大応答が小さくなるとともに振動
整定が非常に短縮されている。
作レバーに応じてブームシリンダ４の変位は本制御の有
無に関わらず基準の０ｃｍから同じ様に伸びているが、
（Ｃ）に示されるバケット３の上下方向加速度および
（Ｄ）に示されるキャブ10の前後方向加速度では制御の
効果が明確に現れ、最大応答が小さくなるとともに振動
整定が非常に短縮されている。
【００５３】また、（Ｂ）に示されるように走行装置11
の上下方向変位（浮き上がり）も制御により大きさ、回
数共に非常に小さくなっており、機体全体としての振動
対策の効果が実証されている。したがって、上述のよう
に本発明は機体の低振動化技術としてオペレータの乗心
地、作業性の向上に貢献できるものである。
の上下方向変位（浮き上がり）も制御により大きさ、回
数共に非常に小さくなっており、機体全体としての振動
対策の効果が実証されている。したがって、上述のよう
に本発明は機体の低振動化技術としてオペレータの乗心
地、作業性の向上に貢献できるものである。
【００５４】なお、本発明の適用は、油圧ショベルのブ
ームシリンダに限定されるものではなく、例えば、ホイ
ールローダーのリフトシリンダなどにも適用できる。
ームシリンダに限定されるものではなく、例えば、ホイ
ールローダーのリフトシリンダなどにも適用できる。
【００５５】
【発明の効果】請求項１に記載された発明によれば、油
圧シリンダに付設した圧力センサと、この圧力センサに
て得られた信号を処理するバンドパス形フィルタと、こ
のバンドパス形フィルタを経た情報により制御されるサ
ーボ弁と、このサーボ弁を経て油圧シリンダに制振用の
圧油を供給する制振油圧回路とによって動差圧制御を行
うことにより、油圧作業機の油圧シリンダの伸縮に伴う
フロント作業部の振動に起因する不快な機体振動を急速
に減衰させることができるので、操縦者の乗心地を改善
し、作業環境をも改善する効果がある。また、主油圧回
路とは別個の制振油圧回路を油圧シリンダに付加するこ
とによって、従来の油圧回路を大幅に変えることなく、
かつ本来の機能やオペレータの運転を防げることなく、
実作業時に操作弁の動きとは無関係に発生する振動を低
減できる効果がある。
圧シリンダに付設した圧力センサと、この圧力センサに
て得られた信号を処理するバンドパス形フィルタと、こ
のバンドパス形フィルタを経た情報により制御されるサ
ーボ弁と、このサーボ弁を経て油圧シリンダに制振用の
圧油を供給する制振油圧回路とによって動差圧制御を行
うことにより、油圧作業機の油圧シリンダの伸縮に伴う
フロント作業部の振動に起因する不快な機体振動を急速
に減衰させることができるので、操縦者の乗心地を改善
し、作業環境をも改善する効果がある。また、主油圧回
路とは別個の制振油圧回路を油圧シリンダに付加するこ
とによって、従来の油圧回路を大幅に変えることなく、
かつ本来の機能やオペレータの運転を防げることなく、
実作業時に操作弁の動きとは無関係に発生する振動を低
減できる効果がある。
【００５６】さらに、サーボ弁内での油漏れなどにより
フロント作業部が自然降下する不具合が生じるような場
合でも、上記動差圧制御に加えて、変位センサ、位相遅
れ補償フィルタおよびサーボ弁の制御系により、油圧シ
リンダに対しその変位を操作弁中立時点の状態に修正す
るように圧油を供給して、フロント作業部を定位置に位
置制御できる。
フロント作業部が自然降下する不具合が生じるような場
合でも、上記動差圧制御に加えて、変位センサ、位相遅
れ補償フィルタおよびサーボ弁の制御系により、油圧シ
リンダに対しその変位を操作弁中立時点の状態に修正す
るように圧油を供給して、フロント作業部を定位置に位
置制御できる。
【００５７】請求項２に記載された発明によれば、操作
弁の油圧パイロット回路の圧力をパイロット圧力センサ
にて計測することによりオペレータのシリンダ運転動作
を判別し、切替器によって、（ｉ）シリンダ運転状態時
の動差圧制御のみ、（ii）シリンダ停止状態時の動差圧
制御と位置制御の切替えを自動的に行なうことにより、
通常の運転状態を損なうことなく安定した機械操作を行
なうことができ、また、経験不足の操縦者でも操縦に際
して何ら配慮することなく、振動の少ない状態で作業で
きるので、オペレータの乗心地、作業性の向上に大きく
寄与できる。
弁の油圧パイロット回路の圧力をパイロット圧力センサ
にて計測することによりオペレータのシリンダ運転動作
を判別し、切替器によって、（ｉ）シリンダ運転状態時
の動差圧制御のみ、（ii）シリンダ停止状態時の動差圧
制御と位置制御の切替えを自動的に行なうことにより、
通常の運転状態を損なうことなく安定した機械操作を行
なうことができ、また、経験不足の操縦者でも操縦に際
して何ら配慮することなく、振動の少ない状態で作業で
きるので、オペレータの乗心地、作業性の向上に大きく
寄与できる。
【図１】本発明の実施の一形態に関わる油圧作業機の制
振装置を示す回路図である。
振装置を示す回路図である。
【図２】同上制振装置に関わる信号処理用フィルタの周
波数特性を示す図であり、（Ａ）はゲイン・周波数特性
を示す図、（Ｂ）は位相・周波数特性を示す図である。
波数特性を示す図であり、（Ａ）はゲイン・周波数特性
を示す図、（Ｂ）は位相・周波数特性を示す図である。
【図３】同上制振装置に関わる実験結果の振動低減効果
を示す図であり、（Ａ）はシリンダ変位の経時変化を示
す図、（Ｂ）は走行装置上下変位の経時変化を示す図、
（Ｃ）はバケットの上下方向加速度の経時変化を示す
図、（Ｄ）はキャブの前後方向加速度の経時変化を示す
図である。
を示す図であり、（Ａ）はシリンダ変位の経時変化を示
す図、（Ｂ）は走行装置上下変位の経時変化を示す図、
（Ｃ）はバケットの上下方向加速度の経時変化を示す
図、（Ｄ）はキャブの前後方向加速度の経時変化を示す
図である。
【図４】従来の油圧作業機のブームシリンダに関する油
圧回路を示す回路図である。
圧回路を示す回路図である。
【図５】従来の油圧作業機の一つである油圧ショベルの
全体構成とフロント作業部の振動状態を示す説明図であ
る。
全体構成とフロント作業部の振動状態を示す説明図であ
る。
４ 油圧シリンダとしてのブームシリンダ 13 フロント作業部 21 主油圧回路の主油圧ポンプ 22 制御弁 24 操作弁 41 制振油圧回路の副油圧ポンプ 43 サーボ弁 61，62 圧力センサ 63 変位センサ 65 バンドパス形フィルタ 66 切替器 68 位相遅れ補償フィルタ 81，82 パイロット圧力センサ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−321297（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E02F 9/22 F16F 15/02 E02F 9/24
Claims (2)
- 【請求項１】 オペレータにて操作される操作弁により
油圧パイロット制御される制御弁を経て主油圧回路から
作動油を供給される油圧シリンダによりフロント作業部
を駆動する油圧作業機において、 前記油圧シリンダの伸び側圧力および縮み側圧力をそれ
ぞれ検出する圧力センサと、 前記油圧シリンダのシリンダ変位を検出する 変位センサ
と、前記 圧力センサにて得られた油圧シリンダの伸び側圧力
と縮み側圧力とのシリンダ差圧と目標値との偏差を処理
して油圧シリンダの油柱による固有振動数近傍の周波数
帯域の信号だけを通過させることにより油圧シリンダの
振動を早く収める動差圧制御信号を生成するバンドパス
形フィルタと、操作弁を中立に戻した時点で 前記変位センサにて得られ
たシリンダ変位を目標値としてこの目標値と現在値との
偏差を処理して油圧シリンダの変位を操作弁を中立に戻
した時点に保つ位置制御信号を生成する位相遅れ補償フ
ィルタと、 前記バンドパス形フィルタおよび位相遅れ補償フィルタ
を経た動差圧制御信号および位置制御信号により制御さ
れるサーボ弁と、 このサーボ弁を経て油圧シリンダに制振用の圧油を供給
する制振油圧回路とを具備したことを特徴とする油圧作
業機の制振装置。 - 【請求項２】 操作弁の油圧パイロット回路にパイロッ
ト圧力センサを設け、このパイロット圧力センサにより
検出されたシリンダ運転状態時は位相遅れ補償フィルタ
への入力信号を無くしてバンドパス形フィルタを経た動
差圧制御のみを行うとともに、シリンダ停止状態時はこ
の動差圧制御と位相遅れ補償フィルタを経た位置制御と
の併用に切替える切替器を、変位センサと位相遅れ補償
フィルタとの間に設けたことを特徴とする請求項１記載
の油圧作業機の制振装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07194542A JP3101545B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 油圧作業機の制振装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07194542A JP3101545B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 油圧作業機の制振装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0941428A JPH0941428A (ja) | 1997-02-10 |
| JP3101545B2 true JP3101545B2 (ja) | 2000-10-23 |
Family
ID=16326271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07194542A Expired - Fee Related JP3101545B2 (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | 油圧作業機の制振装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3101545B2 (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990084966A (ko) * | 1998-05-12 | 1999-12-06 | 토니헬샴 | 건설기계의 주행진동 제어장치 |
| DE10101570B4 (de) * | 2001-01-15 | 2008-12-04 | Schwing Gmbh | Großmanipulator mit Schwingungsdämpfung |
| US7296404B2 (en) | 2005-12-12 | 2007-11-20 | Husco International Inc. | Apparatus for controlling deceleration of hydraulically powered equipment |
| CN101861436B (zh) * | 2007-11-21 | 2012-10-24 | 沃尔沃建筑设备公司 | 系统、包括该系统的工程机械及运输期间弹性支承工程机械的器具的方法 |
| US9145660B2 (en) * | 2012-08-31 | 2015-09-29 | Caterpillar Inc. | Hydraulic control system having over-pressure protection |
| KR102152148B1 (ko) | 2013-05-31 | 2020-09-04 | 이턴 코포레이션 | 카운터-밸런스 보호로 붐 바운스를 감소시키기 위한 유압 시스템 및 방법 |
| US10036407B2 (en) | 2013-08-30 | 2018-07-31 | Eaton Intelligent Power Limited | Control method and system for using a pair of independent hydraulic metering valves to reduce boom oscillations |
| CN105940241B (zh) * | 2013-11-14 | 2018-11-20 | 伊顿公司 | 降低动臂振荡的控制策略 |
| EP3069030B1 (en) | 2013-11-14 | 2020-12-30 | Eaton Intelligent Power Limited | Pilot control mechanism for boom bounce reduction |
| WO2016011193A1 (en) | 2014-07-15 | 2016-01-21 | Eaton Corporation | Methods and apparatus to enable boom bounce reduction and prevent un-commanded motion in hydraulic systems |
| KR102466641B1 (ko) * | 2017-03-31 | 2022-11-11 | 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤 | 쇼벨 |
| EP3615814A4 (en) | 2017-04-28 | 2021-01-27 | Eaton Intelligent Power Limited | MASS-INDUCED VIBRATION DAMPING SYSTEM IN MACHINES HAVING HYDRAULICALLY CONTROLLED ARMS OR EXTENDED ELEMENTS |
| WO2018200689A1 (en) | 2017-04-28 | 2018-11-01 | Eaton Intelligent Power Limited | System with motion sensors for damping mass-induced vibration in machines |
| CN110612371B (zh) * | 2017-06-21 | 2022-06-24 | 住友重机械工业株式会社 | 挖土机 |
-
1995
- 1995-07-31 JP JP07194542A patent/JP3101545B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0941428A (ja) | 1997-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3101545B2 (ja) | 油圧作業機の制振装置 | |
| US7703280B2 (en) | Hydraulic ride control system for working vehicle | |
| US7621124B2 (en) | Travel vibration suppressing device for working vehicle | |
| KR100820447B1 (ko) | 작업차량의 주행진동 억제장치 | |
| JP2003227501A (ja) | 液圧式作業機械の制御装置およびその制御方法 | |
| US20180252243A1 (en) | Systems and methods for dynamic response on mobile machines | |
| JP3147188B2 (ja) | 作業機の振動抑制装置 | |
| JPH0813546A (ja) | 建設機械におけるシリンダ制振装置 | |
| JP2005155230A (ja) | 車輪式建設機械の走行振動抑制油圧回路 | |
| JPH0598671A (ja) | 油圧作業機械における作業装置の振動抑制制御装置 | |
| JP2939090B2 (ja) | 油圧作業機械の振動抑制装置 | |
| JP3145032B2 (ja) | 作業機械における油圧シリンダの制振装置 | |
| JP3708380B2 (ja) | 建設機械の油圧シリンダ制御装置 | |
| JP3788686B2 (ja) | 油圧駆動制御装置 | |
| JP2004076904A (ja) | 建設機械の油圧シリンダ制御装置 | |
| JP2930847B2 (ja) | 建設機械の油圧駆動装置 | |
| JP2554991Y2 (ja) | 油圧ショベルのフロント制振システム | |
| JP2936976B2 (ja) | 作業車両の可変型ダイナミックダンパー | |
| JPH0732848A (ja) | サスペンションの油圧制御装置 | |
| JPH08296605A (ja) | 油圧シリンダ制御の方法 | |
| JP2918170B2 (ja) | 建設機械の原動機制御装置 | |
| JPH08200304A (ja) | 油圧作業機械の緩衝制御装置 | |
| JPH06307404A (ja) | 油圧作業機械における作業装置の振動抑制制御装置 | |
| JP3175992B2 (ja) | 油圧駆動機械の制御装置 | |
| JP3286147B2 (ja) | 建機の油圧回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20000719 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120818 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120818 Year of fee payment: 12 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120818 Year of fee payment: 12 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120818 Year of fee payment: 12 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |