JP3266522B2 - 旋回作業機における旋回制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベルや油
圧クレーンなどの旋回作業機における旋回制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は、油圧ショベルや油圧クレーンな
どの旋回作業機における旋回制御装置を示し、パイロッ
トポンプ１から吐出されたパイロット一次圧は、一次圧
ライン２を経て、操作レバーなどにより手動操作される
旋回用パイロット弁（以下、旋回リモコン弁３という）
に供給され、この旋回リモコン弁３により制御されたパ
イロット二次圧は、二次圧ライン４，５を経て旋回用コ
ントロール弁６に出力され、この旋回用コントロール弁
６のスプールを遠隔操作し、この旋回用コントロール弁
６によりメインポンプ７から旋回モータ８へ供給される
作動油をスプールの変位により方向および流量制御し、
下部走行体に対し旋回自在に設けられた上部旋回体を旋
回モータ８により旋回駆動し、上部旋回体に設けられた
作業装置を旋回動作させるようにしている。

【０００３】例えば、図３に示される油圧ショベルを例
に取って説明すると、下部走行体11に対し旋回ベアリン
グ12を介して旋回自在に設けられた上部旋回体13は、キ
ャブ14とともにフロント作業装置15を搭載しており、こ
のフロント作業装置15は、ブーム16（オフセットブーム
16´を含む）、アーム17およびバケット18が順次連結さ
れ、ブームシリンダ16a 、オフセットシリンダ（図示せ
ず）、アームシリンダ17a およびバケットシリンダ18a
により回動されるものである。

【０００４】このオフセットブーム16´を備えたフロン
ト作業装置15は、図３に実線で示されるように旋回軸19
に可能な限りバケット18を接近させて旋回半径が最小と
なる最小旋回径姿勢と、図３に２点鎖線で示されるよう
に旋回軸19から可能な限りバケット18を離して旋回半径
が最大となる最大旋回径姿勢（最大リーチ姿勢）とを選
択できる。

【０００５】図２に示された油圧回路では、フロント作
業装置15が最小旋回径姿勢であろうが最大旋回径姿勢で
あろうが、オペレータにより操作される旋回用操作レバ
ーの操作量のみに応じたパイロット二次圧が旋回リモコ
ン弁３から二次圧ライン４または５を経て旋回用コント
ロール弁６に出力される。

【０００６】このように、常に旋回用操作レバーの操作
量のみに応じた旋回速度で上部旋回体13とともにフロン
ト作業装置15を旋回させると、このフロント作業装置15
が最大旋回径姿勢では停止時のショックが小であったと
しても、最小旋回径姿勢では停止時のショックが大であ
り、機体の振動などの悪影響が発生する問題がある。特
に、オフセットブーム16´を備えた超小旋回型の油圧シ
ョベルでは、この現象が顕著に現れる。

【０００７】すなわち、フロント作業装置15の旋回半径
が大きい姿勢では、フロント作業装置15の慣性モーメン
トが大きいため、旋回停止時の減速が滑らかであり、旋
回停止時の振動は比較的少ないが、フロント作業装置15
の旋回半径が小さい姿勢では、フロント作業装置15の慣
性モーメントが小さいため、旋回停止の応答が鋭敏とな
り、大旋回径姿勢では問題のなかったレバー操作量でも
上部旋回体13が急停止することにより、その都度、機体
にオペレータの操作性を損なうほどの振動が発生すると
いう問題がある。

【０００８】これに対し、特開平８−１０５０７６号公
報に記載されているように、フロント作業装置に設けら
れたブーム角センサおよびアーム角センサによってブー
ム角およびアーム角を検出し、コントローラがこれらの
検出結果からフロント作業装置の姿勢に基づく旋回半径
を算出し、この旋回半径に対応する制御信号を、レバー
操作される旋回リモコン弁から旋回用コントロール弁に
至るパイロット二次圧ラインの途中に設けられた絞り制
御弁に出力するようにしたものがある。

【０００９】絞り制御弁は、制御信号に基づいてパイロ
ット二次圧ラインに絞りを付与し、旋回リモコン弁から
旋回用コントロール弁に供給されるパイロット二次圧を
変化させる。これにより、フロント作業装置の旋回半径
が小さいときは、パイロット圧力の伝播を遅らせること
により旋回用コントロール弁の切換速度を遅くし、上部
旋回体の旋回停止時に発生する振動を防止するようにし
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この従来の旋回制御装
置においては、旋回用コントロール弁のスプール両端に
対応する左右旋回方向用の２本のパイロット二次圧ライ
ン中にそれぞれ絞り制御弁を設け、これらの二つの絞り
制御弁により左旋回用パイロット二次圧および右旋回用
パイロット二次圧をそれぞれ制御する必要があり、油圧
回路やコントローラの構成が複雑になる。

【００１１】また、２本のパイロット二次圧ライン中に
それぞれ絞り制御弁を設ける構造は、旋回リモコン弁が
中立位置であっても、片側の絞り制御弁が自身のゴミ詰
りやコントローラの回路上のトラブルなどにより誤作動
した場合に、旋回用コントロール弁のスプールが片側に
スティックし、旋回モータが暴走するおそれを有してい
る。

【００１２】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、旋回作業機における作業装置の旋回停止時などに
発生する振動を防止するパイロット圧制御系を簡単なも
のにすることなどを目的とするものである。

【００１３】

【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、パイロット一次圧を受けた旋回用パイロット弁に
より操作量に応じたパイロット二次圧を出力して旋回用
コントロール弁を操作し、この旋回用コントロール弁に
より作業装置を旋回する旋回モータへ供給される作動流
体を制御する旋回作業機における旋回制御装置におい
て、旋回用パイロット弁にパイロット一次圧を供給する
一次圧ライン中に設けられパイロット一次圧を作業装置
の慣性モーメントに応じて制御する一次圧制御弁を具備
した旋回作業機における旋回制御装置である。

【００１４】そして、作業装置の慣性モーメントが小さ
い場合は、少なくとも旋回停止時に、一次圧制御弁によ
り旋回用パイロット弁に供給されるパイロット一次圧を
下げ、同一のパイロット弁操作量に対するパイロット二
次圧を下げ、パイロット二次圧により操作される旋回用
コントロール弁のメインスプールの反応速度を遅くし、
旋回用コントロール弁を経て旋回モータへ供給される作
動流体の流量絞り速度を緩やかにし、作業装置の急激な
旋回停止を防止する。

【００１５】請求項２に記載された発明は、請求項１記
載の旋回作業機における旋回制御装置の一次圧制御弁
が、作業装置の姿勢に応じてパイロット一次圧を自動的
に制御するものである。

【００１６】そして、作業装置が最小旋回径姿勢に近付
くほど作業装置の慣性モーメントが小さくなるので、少
なくとも旋回停止時に、一次圧制御弁により旋回用パイ
ロット弁に供給されるパイロット一次圧を下げ、作業装
置の急激な旋回停止を防止する。

【００１７】請求項３に記載された発明は、請求項１ま
たは２記載の旋回作業機における旋回制御装置の一次圧
制御弁が、作業装置の姿勢に応じた電気信号により比例
動作する電磁比例減圧弁である。

【００１８】そして、作業装置が最小旋回径姿勢に近付
くほど作業装置の慣性モーメントが小さくなるので、少
なくとも旋回停止時に、電磁比例減圧弁により旋回用パ
イロット弁に供給されるパイロット一次圧を低下させ、
旋回体の急激な旋回停止を防止する。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
を参照しながら説明する。なお、図２と同一の部分には
同一符号を付して、その説明を省略する場合もある。ま
た、図３に示された油圧ショベルは本発明の説明でも用
いる。

【００２０】パイロットポンプ１と、１本の操作レバー
（図示せず）に対し一対の手動減圧弁3a，3bからなる旋
回用パイロット弁（以下、旋回リモコン弁３という）と
の間に、パイロット一次圧を供給する一次圧ライン2a，
2bが設けられ、この一次圧ライン2a，2b中にパイロット
一次圧を電流値に応じて減圧制御する一次圧制御弁とし
ての電磁比例減圧弁21が設けられている。

【００２１】この電磁比例減圧弁21は、スプリング22の
復元力とソレノイド23の励磁力とのバランスにより内部
のスプールを変位させて、電磁比例減圧弁21より上流側
のパイロット一次圧（ポンプ吐出圧）を、ソレノイド23
に入力される電流値に応じて減圧し、下流側に出力す
る。

【００２２】旋回リモコン弁３は、オペレータが操作す
るレバーなどの操作量に応じたパイロット二次圧を二次
圧ライン４，５に出力する。これらの二次圧ライン４，
５は、旋回用コントロール弁６のメインスプール一端面
または他端面に臨む空間に連通され、旋回用コントロー
ル弁６のメインスプールをパイロット二次圧で変位操作
する。

【００２３】旋回用コントロール弁６は、メインスプー
ルの変位により、メインポンプ７から供給された作動流
体としての作動油を方向制御および流量制御して、旋回
モータ８へ出力する。

【００２４】旋回モータ８は、履帯などの下部走行体11
に対して上部旋回体13を旋回駆動するものであり、この
上部旋回体13にキャブ14などと共に油圧ショベルではフ
ロント作業装置15また油圧クレーンでは旋回ブームなど
が作業装置として装備されている。

【００２５】電磁比例減圧弁21のソレノイド23に、電気
信号ライン24を介してコントローラ25が接続されてい
る。このコントローラ25には、図３に示されるように油
圧ショベルのフロント作業装置15を構成するブーム16、
オフセットブーム16´およびアーム17のそれぞれの回動
支軸に設けられてこれらの部材の回動角を検出するポテ
ンショメータなどのブーム角センサ26、オフセットブー
ム角センサ27およびアーム角センサ28が、それぞれの検
出信号ライン29によって接続されている。

【００２６】そして、コントローラ25は、各センサ26，
27，28により検出されたブーム角、オフセットブーム角
およびアーム角からフロント作業装置15のブーム基端か
らアーム先端に至る姿勢を正確に把握できるので、フロ
ント作業装置15の旋回半径もほぼ算出でき、この旋回半
径に対応する制御信号を電磁比例減圧弁21のソレノイド
23に出力する。

【００２７】すなわち、フロント作業装置15の旋回半径
が小さくなるほど、旋回開始時および旋回停止時に、コ
ントローラ25から電磁比例減圧弁21のソレノイド23に供
給される制御信号（電流値）は大きくなり、電磁比例減
圧弁21によりパイロット一次圧がより大きく減圧され
る。

【００２８】さらに、オフセットブーム16´は、ブーム
16に対し回動して、アーム17を図３の紙面手前側または
反対側に限られた範囲で平行移動させるオフセット動作
機構の一部であるが、フロント作業装置15の旋回半径は
ブーム角およびアーム角よりほぼ算出することができ、
オフセット動作の有無による旋回半径の誤差は小さいの
で、オフセットブーム16´の回動支軸に設けられたオフ
セットブーム角センサ27からコントローラ25への検出信
号の取込は、省略しても良い。

【００２９】次に、図１に示された実施形態の作用を説
明する。

【００３０】旋回軸19を中心にフロント作業装置15が旋
回するときの慣性モーメントとフロント作業装置15の姿
勢との関係は、図３に２点鎖線で示されるようにフロン
ト作業装置15を水平方向へ最大限に伸ばした最大旋回径
姿勢（最大リーチ姿勢）のとき、フロント作業装置15の
慣性モーメントは最大となり、また、図３に実線で示さ
れるようにフロント作業装置15を折畳んで可能な限り上
部旋回体13の旋回軸19に近付けるように立上げた最小旋
回径姿勢のとき、フロント作業装置15の慣性モーメント
は最小となる。

【００３１】フロント作業装置15に設けられたブーム角
センサ26、オフセットブーム角センサ27およびアーム角
センサ28によってブーム角、オフセットブーム角および
アーム角を検出し、コントローラ25がこれらの検出結果
からフロント作業装置15の姿勢に基づく旋回半径と、こ
の旋回半径に対応する制御信号を演算し、一次圧ライン
2a，2b間に位置する電磁比例減圧弁21のソレノイド23に
出力する。

【００３２】電磁比例減圧弁21は、上流側一次圧ライン
2aのポンプ吐出圧に対し、下流側一次圧ライン2bのパイ
ロット圧を旋回径姿勢に対応する制御信号で減圧制御
し、パイロットポンプ１から旋回リモコン弁３に供給さ
れるパイロット一次圧を姿勢に応じて下げることによ
り、旋回リモコン弁３に旋回開始または旋回停止のため
の大きなレバー操作量が瞬時に入力されても、レバー操
作量を実質的に小さなものとすることができる。

【００３３】例えば、フロント作業装置15が図３に実線
で示される最小旋回径姿勢に近付くほど、フロント作業
装置15の慣性モーメントが小さくなるので、少なくとも
旋回停止時は、電磁比例減圧弁21により旋回リモコン弁
３に供給されるパイロット一次圧を下げ、同一のレバー
操作量に対するパイロット二次圧を下げ、パイロット二
次圧により操作される旋回用コントロール弁６のメイン
スプールの中立位置への反応速度を遅くし、この旋回用
コントロール弁６を経て旋回モータ８へ供給される作動
油の流量絞り速度を緩やかにすることにより、旋回ブレ
ーキ力を緩やかに作用させて、上部旋回体13およびフロ
ント作業装置15を緩やかに旋回停止させ、急激な旋回停
止時に発生するショックを低減し、機体の振動を抑える
ことができる。

【００３４】一方、フロント作業装置15の姿勢が図３に
２点鎖線で示される最大旋回径姿勢（最大リーチ姿勢）
に近付くほど、電磁比例減圧弁21による減圧作用を解除
して、旋回リモコン弁３に供給されるパイロット一次圧
を復帰させることにより、レバー操作量に対応する本来
のパイロット二次圧を発生させ、旋回停止時は、旋回用
コントロール弁６のメインスプールの中立位置への反応
速度を高め、旋回モータ８へ供給される作動油の流量絞
り速度を上げ、レバー操作に対する上部旋回体13の旋回
停止の応答性を向上させる。

【００３５】要するに、最小旋回径姿勢に近付く程、パ
イロット一次圧を下げるように制御するため、最大リー
チ姿勢のときと同様に、小旋回径姿勢でも旋回停止時な
どのショックが小さくて済み、フロント姿勢にかかわら
ずスムーズな停止動作などが得られ、一定の旋回操作性
が得られる。

【００３６】また、１本の一次圧ライン2a，2b中に電磁
比例減圧弁21を設けたので、この電磁比例減圧弁21がゴ
ミ詰りやコントローラ25の回路上のトラブルなどにより
誤作動しても、旋回リモコン弁３が中立位置のときは旋
回用コントロール弁６のメインスプールも必ず中立位置
に保たれ、旋回モータ８を確実に停止させることができ
る。

【００３７】さらに、電磁比例減圧弁21は、ドレンポー
ト31を有し、減圧制御の程度によりパイロットポンプ１
から吐出されたパイロット油をドレンポート31からドレ
ンライン32を経てタンク33に排出するので、従来のパイ
ロット二次圧ライン中に設けられた絞り制御弁に比べ
て、圧力損失を少なくすることができる。

【００３８】次に、コントローラ25および各センサ26，
27，28は、作業範囲を自動的に制限するシステム（以
下、作業範囲自動制限システムという）のものを利用し
ても良い。

【００３９】この作業範囲自動制限システムは、フロン
ト作業装置15が予め設定された作業範囲を超えようとし
た場合に、そのフロント作業装置15の状態を各センサ2
6，27および28で検出し、その検出信号をブームシリン
ダ16a 、オフセットシリンダ（図示せず）およびアーム
シリンダ17a を制御するための各々のリモコン弁（図示
せず）のパイロット圧ライン（一次圧ラインまたは二次
圧ライン）に設けられた制御弁（電磁比例減圧弁など）
に送り、そのパイロット圧を減少または零に制御し、ブ
ーム16、オフセットブーム16´およびアーム17の運動を
速度低減または停止させるものである。

【００４０】この作業範囲自動制限システムにより、オ
フセットブーム16´を備えた超小旋回油圧ショベルなど
において、ブーム16（オフセットブーム16´を含む）、
アーム17およびバケット18などで構成されるフロント作
業装置15を狭い作業範囲で動かす際にも、周囲の障害物
などにフロント作業装置が衝突するおそれを防止でき
る。

【００４１】要するに、作業範囲自動制限システムの一
部を、本発明に係る旋回停止時などの振動発生防止回路
にも有効に利用することができる。

【００４２】次に、各請求項に記載された発明の他の実
施形態を説明する。

【００４３】先ず、請求項１記載の発明は、一次圧制御
弁が作業装置の姿勢に応じてパイロット一次圧を制御す
るものに限定されるものではなく、例えばフロント作業
装置のバケット内での土砂の有無、フロント作業装置の
バケットに替えて取付けられるアタッチメントの種類
（重量の相違）、油圧クレーンで吊られる荷の重量など
によって、旋回時の慣性モーメントが異なり、旋回モー
タの旋回負荷も変化するので、圧力センサなどにより作
業装置の負荷圧力の変化などを検出してパイロット一次
圧を制御するようにしても良い。

【００４４】また、請求項１および２記載の発明は、一
次圧制御弁が必ずしも電磁弁または比例弁に限定される
ものではなく、例えば圧力信号により作動する弁でも良
いし、一次圧を複数段階に切換えて減圧する弁であって
も良い。

【００４５】なお、一次圧制御弁を電磁比例減圧弁21と
した場合は、フロント作業装置15の姿勢に応じてソレノ
イド23に入力される姿勢対応電気信号により比例動作し
て、パイロットポンプ１から旋回リモコン弁３に至るパ
イロット一次圧を自動的に減圧制御するので、精度の高
い一次圧制御を行う場合に適している。

【００４６】さらに、請求項１乃至３記載の発明は、油
圧ショベルのフロント作業装置に適用範囲を限定される
ものではなく、油圧クレーンなどの他の旋回作業機にお
ける旋回制御装置にも適用されるものである。

【００４７】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、旋回用パ
イロット弁にパイロット一次圧を供給する一次圧ライン
中に、パイロット一次圧を作業装置の慣性モーメントに
応じて制御する一次圧制御弁を設けたから、従来のよう
に２本のパイロット二次圧ライン中に２個の絞り制御弁
をそれぞれ設ける必要がなく、旋回作業機における作業
装置の旋回停止時などで発生する振動を防止するパイロ
ット圧制御回路を簡単なものにすることができる。ま
た、１本の一次圧ライン中に一次圧制御弁を設けたの
で、従来のように２本の二次圧ライン中にそれぞれ絞り
制御弁を設けた場合に発生する片側の絞り制御弁の誤作
動による旋回モータの暴走のおそれを解決できる。

【００４８】請求項２記載の発明によれば、一次圧制御
弁が作業装置の姿勢に応じてパイロット一次圧を自動的
に制御して、旋回ブレーキ力を加減するので、作業装置
が小旋回径姿勢のときも旋回停止時などのショックを低
減でき、作業装置の姿勢にかかわらず、常に安定した旋
回操作性が得られる。

【００４９】請求項３記載の発明によれば、一次圧制御
弁として電磁比例減圧弁を用いたから、作業装置の姿勢
に応じた電気信号により比例動作して、旋回用パイロッ
ト弁に至るパイロット一次圧を高精度に減圧制御でき、
常に最適な旋回操作性を確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る旋回作業機における旋回制御装置
の一実施形態を示す油圧回路図である。

【図２】従来の旋回制御装置を示す油圧回路図である。

【図３】オフセットブームを有する油圧ショベルの正面
図である。

【符号の説明】

2a，2b 一次圧ライン ３ 旋回用パイロット弁（旋回リモコン弁） ６ 旋回用コントロール弁 ８ 旋回モータ 15 作業装置 21 一次圧制御弁（電磁比例減圧弁）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 9/22 F15B 11/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パイロット一次圧を受けた旋回用パイロ
   ット弁により操作量に応じたパイロット二次圧を出力し
   て旋回用コントロール弁を操作し、この旋回用コントロ
   ール弁により作業装置を旋回する旋回モータへ供給され
   る作動流体を制御する旋回作業機における旋回制御装置
   において、 旋回用パイロット弁にパイロット一次圧を供給する一次
   圧ライン中に設けられパイロット一次圧を作業装置の慣
   性モーメントに応じて制御する一次圧制御弁を具備した
   ことを特徴とする旋回作業機における旋回制御装置。
2. 【請求項２】 一次圧制御弁は、作業装置の姿勢に応じ
   てパイロット一次圧を自動的に制御することを特徴とす
   る請求項１記載の旋回作業機における旋回制御装置。
3. 【請求項３】 一次圧制御弁は、作業装置の姿勢に応じ
   た電気信号により比例動作する電磁比例減圧弁を用いた
   ことを特徴とする請求項１または２記載の旋回作業機に
   おける旋回制御装置。