JP3203042B2 - バックホーの油圧シリンダ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バックホーの油圧シリ
ンダ制御装置に関し、詳しくは、バックホー装置を駆動
する複数の油圧シリンダの制御弁の開度を操作レバーの
操作量に応じて比例制御する流量制御手段を備えたバッ
クホーの油圧シリンダ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記バックホーの油圧シリンダ制御装置
において、従来では、先に本出願人が特願平３−８１０
８３号において提案した構成のものがある。つまり、バ
ックホー装置が旋回台の上方中心側に格納するよう構成
したバックホーにおいて、ブームの上昇側ストロークエ
ンド近くにおいて、格納姿勢におけるバックホー装置の
重心位置が揺動枢支点を越えてブームシリンダに負圧が
作用する領域においては、操作レバーの操作位置にかか
わらずブームシリンダに対する圧油供給を設定特性に基
づいて徐々に減少制御して、停止時のショックの発生を
抑制するよう構成してあった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来構
造においては、ブームシリンダに対する減速制御特性が
常に一定になるよう設定されるので、例えば、ブームに
対するアームの相対姿勢が前方外方側に張り出している
ような場合にはブームシリンダに対する作動負荷となる
バックホー装置の重心位置が前方側に位置するので、上
記したような負圧が作用することが少ないから、制御弁
の開度が絞り過ぎの状態になって目標停止位置の手前の
途中位置でブームが停止する等の弊害があり、改善の余
地があった。本発明は、このように、バックホー装置に
おける各駆動用油圧シリンダの作動における、当該油圧
シリンダとは別に駆動対象に相対姿勢の変化に伴う操縦
操作性の低下を防止して、常に目標停止位置で確実に停
止作動させることが可能な油圧シリンダ制御装置を提供
することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本第１発明の特徴構成
は、バックホー装置におけるブーム及びアームを夫々、
油圧シリンダにより駆動するよう構成するとともに、前
記各油圧シリンダの制御弁の開度を、操作レバーの操作
量に応じて比例制御する流量制御手段と、前記ブームの
駆動用油圧シリンダの作動停止目標位置に近づくに連れ
て前記操作レバーの操作位置にかかわらず所定の特性に
基づいて前記制御弁の開度を徐々に低減させる減速制御
手段と、バックホー装置におけるアームのブームに対す
る相対角度を検出するアーム角度検出手段と、前記アー
ム角度検出手段の検出結果に基づいて、前記減速制御手
段における減速特性を変更させる減速特性変更手段とを
備えてある点にある。

【０００５】本第２発明の特徴構成は、本第１発明のも
のにおいて、減速特性変更手段が、アーム角度検出手段
の検出結果に基づいて、検出相対角度が大であるときは
減速度合いを小にさせ、検出相対角度が小であるときは
減速度合いを大にさせるよう、減速特性を変更させるも
のである点にある。

【０００６】

【作用】第１発明の特徴構成によると、掘削作業におい
てブームを目標位置〔例えば、最大掻込みストロークエ
ンド位置〕に到るまで比較的高速で旋回中心側に掻込み
揺動作動させた場合であっても、ブームシリンダが例え
ばストロークエンド付近に到ると、操作レバーの操作位
置にかかわらず、ブームシリンダに対する制御弁の開度
が所定の特性に基づいて徐々に低減されるので、ブーム
の作動速度が目標位置〔ストロークエンド〕に到る手前
で徐々に減速されることになり、高速作動しているブー
ムの動的慣性に起因するオーバーシュートを抑制できる
とともに、停止時のショックを低減できることになる。
しかも、この際、アームのブームに対する相対姿勢が前
方外方に張り出した状態であるときは、ブームの作動荷
重の重心位置が揺動軸芯から離れた位置にあって停止衝
撃は比較的小さいものとなるので、前記相対姿勢を角度
検出手段により検出して、前記減速制御における減速特
性を緩やかなものに変更させることで、不必要な減速を
行うことが無く、作業能率の低下を防止できる。又、ア
ームのブームに対する相対姿勢が掻込み側に深く折り畳
まれているときは、前記重心位置がブームの揺動軸芯に
近い位置にあるので停止衝撃が発生し易いから、このと
きは、前記減速特性を減速量の大きな特性に変更させる
のである。

【０００７】

【０００８】

【発明の効果】従って、相互に枢支連結され、その対地
姿勢が作業状況によって異なるブーム並びにアームの高
速作動による目標停止位置での停止衝撃をその作業状況
に応じて適切な状態で減速作動させて緩和することがで
き、不必要な減速による作業能率の低下を招くことな
く、掘削作業における操縦操作性を更に高めることがで
きるものとなった。

【０００９】

【実施例】以下、実施例を図面に基いて説明する。図５
にバックホーを示している。このバックホーは、クロー
ラ走行装置１を備えた走行機台２に旋回用油圧モータＭ
の駆動により縦軸芯周りで全旋回自在に旋回台３を搭載
するとともに、旋回台３にバックホー装置４を連結する
とともに、エンジン１３を搭載し、走行機台２にドーザ
装置５を備えて構成してある。前記バックホー装置４
は、旋回台３に横軸芯周りで上下揺動自在に枢支される
ブーム６にアーム７、バケット８を枢支連結するととも
に、夫々をブームシリンダ１５、アームシリンダ１６、
バケットシリンダ１７により駆動揺動して掘削作業を行
えるよう構成してある。又、ブーム６は、基端部６ａ、
中間部６ｂ及び先端部６ｃに３分割され、夫々を縦軸芯
周りで枢支連結するとともに、基端部６ａと先端部６ｃ
とを中間部６ｂと平行なリンク９を介して枢支連結し、
オフセットシリンダ１８により中間部６ｂを揺動駆動す
ることでバケット８が平行姿勢を維持しながら左右方向
に移動できるよう構成し、バケット８をブーム基端部６
ａに対して横方向にオフセットして旋回台３上に格納す
ることで最大旋回径を小さくした状態〔図６参照〕で旋
回作動できるよう、ブーム６の揺動枢支点の鉛直上方点
を越えてバックホー装置４の重心位置が機体内側にまで
移動可能となるよう前記ブーム６の上昇側揺動移動範囲
を設定してある。

【００１０】前記ブームシリンダ１５、アームシリンダ
１６、バケットシリンダ１７及び旋回油圧モータＭの夫
々は、旋回台３上に設けられた操縦部１０に配設した十
字揺動操作自在な左右一対の操作レバー１１，１１によ
り制御操作されるよう構成してある。詳述すると、図１
に示すように、前記各シリンダ１５，１６，１７及び旋
回モータＭは、夫々電磁式比例流量制御弁Ｖ１〜Ｖ４に
より油圧流量を制御するよう構成し、各操作レバー１１
の夫々の操作方向における操作量を４個のポテンショメ
ータＰＭ１〜ＰＭ４により検出して、この検出操作量に
基づいて制御装置１２が各電磁式比例流量制御弁Ｖ１〜
Ｖ４に対する電流供給量を制御するよう構成してある。
オフセットシリンダ１８は操作スイッチＳＷの操作によ
り所定値の電流を供給するよう制御される。又、ブーム
６の旋回台３に対する揺動枢支点にはブーム６の対機体
相対角度を検出するポテンショメータ式ブーム角度検出
センサＰＭ５を備え、アーム７のブーム６に対する揺動
枢支点には、アーム７のブーム６に対する相対位置角度
を検出するポテンショメータ式アーム角度検出センサＰ
Ｍ６〔アーム角度検出手段の一例〕を夫々配備してあ
る。エンジン１３の近傍には出力回転数を検出するエン
ジン回転数検出センサＳ１を設け、又、油圧配管系に作
動油の温度を検出する油温検出センサＳ２を配備してあ
る。そして、前記各ポテンショメータＰＭ１〜ＰＭ４及
び各検出センサＰＭ５，ＰＭ６，Ｓ１，Ｓ２の出力は制
御装置１２に入力され、前記ブーム角度検出センサＰＭ
５の出力は微分回路１９を介してブーム６の作動速度の
情報として制御装置１２に与えられるよう構成してあ
る。前記制御装置１２は、操作レバー１１の操作量に応
じた電流を供給して各電磁式比例流量制御弁Ｖ１〜Ｖ４
の開度を比例制御する流量制御手段Ａと、ブームシリン
ダ１５が上昇側ストロークエンド〔作動停止目標位置の
一例〕に近づくに連れて前記操作レバー１１の操作位置
にかかわらず所定の特性に基づいてブーム用電磁式比例
流量制御弁Ｖ１に対する供給電流値を徐々に低減させ
て、その開度を減少させる減速制御手段Ｂと、アーム７
のブーム６に対する相対角度の変化具合、ブーム６の作
動速度の変化具合、作動油温度の状況、エンジン回転数
の変化具合等に基づいて、前記減速制御手段Ｂにおける
減速特性を変更させる減速特性変更手段Ｃとを夫々制御
プログラム形式で備えてある。つまり、バックホー装置
４を旋回台３上に格納する姿勢に設定する際、ブームシ
リンダ１５を伸長駆動させると、バックホー装置４の重
心位置がブーム６の揺動枢支点上方位置〔デッドポイン
ト〕を越えたときからブームシリンダ１５を伸長させる
方向の荷重が掛かり、作動油流量をそのままで駆動を続
行すると駆動速度が大になり過ぎるので、操作レバー１
１の操作量にかかわらず流量を抑制して減速させるので
ある。制御装置１２は以下のように制御を実行する。図
２にブームシリンダ１５の制御動作を示す。先ず、各検
出センサＰＭ５，ＰＭ６，Ｓ１，Ｓ２の出力を読み込み
〔ステップ１〕、ブーム角度検出センサＰＭ５の出力か
らブーム６が旋回台３よりも外方側に張り出した姿勢に
あることが判断されると〔ステップ２〕、ブーム操作用
ポテンショメータＰＭ１の出力を読み込み、その出力に
対応する電流をブームシリンダ用電磁式比例流量制御弁
Ｖ１に供給して開度を比例制御する〔ステップ３〕。そ
して、ブーム６が、図６に示すように、旋回台３の外端
軌跡内に入り込み、バックホー装置４の重心位置がブー
ム６の揺動支点位置を越えて内方側になるような減速操
作域に到ったことが検出されると〔ステップ４〕、前記
各検出センサＰＭ６，Ｓ１，Ｓ２の出力に基づいて、公
知技術であるところの、所謂、ファジー制御により、ブ
ームシリンダ１５の減速操作特性を決定する〔ステップ
５〕。即ち、上記各検出センサＰＭ６，Ｓ１，Ｓ２の検
出結果に対して図３（イ）に示すような０〜１の範囲の
メンバーシップ関数を定義し、夫々の検出値に対応する
メンバーシップ関数の最少値ａを算定して上部をカット
し、これらのメンバーシップ関数を重合わせこれらの重
心位置を求めて〔図３（ロ）参照〕、制御対象であるブ
ームシリンダ用電磁比例流量制御弁Ｖ１に対する供給電
流値の減速特性〔図４参照〕を推論するのである。この
とき、上記したようなメンバーシップ関数は次のような
ファジールールに基づいて設定される。 （イ）アーム７が図５に示すような外方張り出し姿勢で
あれば減速量を少なくし、図６に示すように、アーム７
が最大掻込み位置に近い場合には減速量を大きめにす
る。 （ロ）ブーム作動速度が小であれば停止ショックが少な
いので減速量を少なくし、ブーム作動速度が大であれば
減速量を大きめにする。 （ハ）作動油温度が高ければ弁開度に対して流量が多め
になるので減速量を大きくし、作動油温度が低ければ減
速量を小さめにする。 （ニ）エンジン回転数が大きければ弁開度に対して流量
が多めになるので減速量を大きくし、エンジン回転数が
小さければ減速量を大きめにする。 そして、上記したように決定された減速特性に基づいて
電磁比例流量制御弁Ｖ１に対する供給電流を変更制御し
て、操作用ポテンショメータＰＭ１の出力にかかわら
ず、ブームシリンダ１５の作動を徐々に減速させるよう
制御し〔ステップ６〕、ブームシリンダ１５がストロー
クエンドに到るとブームシリンダ１５の作動を停止させ
る〔ステップ７、８〕。前記ステップ３により流量制御
手段Ａを構成し、前記ステップ６により減速制御手段Ｂ
を構成し、前記ステップ５により減速特性変更手段Ｃを
構成する。

【００１１】

【００１２】〔別実施例〕 前記ブーム６の減速特性の決定に当たっては、アーム７
の角度検出結果のみに基づいて決定するようにしてもよ
い。

【００１３】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
容易にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御ブロック図

【図２】制御フローチャート

【図３】メンバーシップ関数を示す図

【図４】電磁式流量制御弁に対する減速用制御電流特性
図

【図５】張り出し状態のバックホーの全体側面図

【図６】格納状態のバックホーの全体側面図

【符号の説明】

４ バックホー装置 ６ ブーム ７ アーム １１ 操作レバー １５ ブームシリンダ １６ アームシリンダ Ａ 流量制御手段 Ｂ 減速制御手段 Ｃ 減速特性変更手段 ＰＭ５ ブーム角度検出センサ ＰＭ６ アーム角度検出センサ Ｖ１，Ｖ２ 電磁比例流量制御弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バックホー装置（４）におけるブーム
   （６）及びアーム（７）を夫々、油圧シリンダ（１
   ５），（１６）により駆動するよう構成するとともに、
   前記各油圧シリンダ（１５），（１６）の制御弁（Ｖ
   １），（Ｖ２）の開度を、操作レバー（１１）の操作量
   に応じて比例制御する流量制御手段（Ａ）と、前記ブー
   ム（６）の駆動用油圧シリンダ（１５）の作動停止目標
   位置に近づくに連れて前記操作レバー（１１）の操作位
   置にかかわらず所定の特性に基づいて前記制御弁（Ｖ
   １）の開度を徐々に低減させる減速制御手段（Ｂ）と、
   バックホー装置（４）におけるアーム（７）のブーム
   （６）に対する相対角度を検出するアーム角度検出手段
   （ＰＭ６）と、前記アーム角度検出手段（ＰＭ６）の検
   出結果に基づいて、前記減速制御手段（Ｂ）における減
   速特性を変更させる減速特性変更手段（Ｃ）とを備えて
   あるバックホーの油圧シリンダ制御装置。
2. 【請求項２】 前記減速特性変更手段（Ｃ）が、前記ア
   ーム角度検出手段（ＰＭ６）の検出結果に基づいて、検
   出相対角度が大であるときは前記減速度合いを小にさ
   せ、検出相対角度が小であるときは前記減速度合いを大
   にさせるよう、前記減速特性を変更させるものである請
   求項１に記載のバックホーの油圧シリンダ制御装置。