JP3386797B2 - 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
手段とを備えたバックホーの油圧シリンダ制御装置にお
いて、バックホウ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用の角度検出手段
と、前記ブームの対機体相対角度を検出するブーム角度
検出用の角度検出手段とを備えるとともに、前記減速制
御手段における減速特性を変更するように構成した減速
特性変更手段を備え、さらに、前記両角度検出手段のう
ちの一方の角度検出手段による検出対象の角度を変化さ
せる油圧シリンダ が備えられた前記ブームまたはアーム
のうちの一方の角度変化に基づいて、前記ブームまたは
アームのうちの他方に備えられた油圧シリンダに対応す
る制御弁の減速特性を変更するように、前記減速特性変
更手段を構成してある点にある。

【０００５】本第２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、前記アーム駆動用の油圧シリンダ
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、前記ブーム
の対機体相対角度を検出するブーム角度検出手段と、前
記ブ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。

【０００６】本第３発明の特徴構成は、請求項２に記載
のバックホーの油圧シリンダ制御装置において、前記減
速特性変更手段が、ブームが起立した姿勢であるときは
前記減速度合いを大にさせ、ブームが外方側に張り出し
た姿勢であるときは前記減速度合いを小にさせるよう、
前記減速制御手段における減速特性を変更させるもので
ある点にある。

【０００７】

【作用】第１発明の特徴構成によると、掘削作業におい
てブームまたはアームを目標位置〔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、ブーム駆
動用もしくはアーム駆動用の油圧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、ブーム駆動用もしくはアーム駆動用の油圧シ
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、ブームまたはアームの作動速度が
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またはアー
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、この減速作動を行うに際して、単に油圧シリン
ダがストロークエンド近くに達したことに基づいて減速
するだけでなく、その減速の度合いをブームまたはアー
ムの姿勢に応じて変更調節できるので、必要以上の減速
が行なわれることを避けて、作業能率の低下を防止でき
る。 つまり、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ったり、ブームの対機体相対姿
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やアームの作動荷重が揺動軸芯から
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。 また、逆に、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たり、ブー
ムの対機体相対姿勢が旋回中心側に深く入りこんでいる
ときは、前記重心位置がブームの揺動軸芯に近い位置に
ある状態、もしくはアームの作動荷重がアームシリンダ
を伸長させる方向に作用する状態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。

【０００８】第２発明の特徴構成によると、掘削作業に
おいて、バケットに土砂を積載した状態でアームを比較
的高速で目標位置〔例えば、最大掻込み位置〕に到るま
で掻込み作動させた場合であっても、アームシリンダが
例えば目標位置付近に到ると、操作レバーの操作位置に
かかわらず、ア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、アームの作
動速度が目標位置に到る手前で徐々に減速されることに
なり、高速作動しているア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、ブームの
対機体相対姿勢が前方外方に張り出した状態であるとき
は〔図５参照〕、アームの作動荷重はバケットに積載さ
れた土砂に加えてアーム自身の重量もアームシリンダに
対する荷重となるので、アームシリンダに対するブレー
キ力として働き停止衝撃は比較的小さいものとなるの
で、前記相対姿勢をブーム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、ブームの対機体相対姿勢
が旋回中心側に深く入りこんでいるとき〔図６参照〕
は、アームの作動荷重がアームシリンダを伸長させる方
向に作用するものとなり、作動速度を更に速めるよう作
用す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。

【０００９】

【発明の効果】請求項１にかかる発明では、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
ムまたはアームの高速作動による目標停止位置での停止
衝撃を緩和するために、その駆動用の油圧シリンダを減
速作動させるのであるが、その減速作動は、単にブーム
またはアームの個々の姿勢変化に応じて減速作動するよ
うに設定されたものではない。つまり、ブームとアーム
とは、それぞれ個別に作動できるものではあるが、一方
の作動姿勢は、他方の作動の際の動的慣性等に影響を及
ぼすものであり、本発明では、この点に着目して、ブー
ムとアームのうちの一方の姿勢の検出結果に基づいて他
方を作動させる際の減速特性を変更調節できるようにし
たものである。 これによって、その作業状況に応じて適
切な状態で減速作動させて停止衝撃を緩和することがで
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。

【００１０】また、請求項２及び請求項３にかかる発明
では、相互に枢支連結され、その対地姿勢が作業状況に
よって異なるアームの高速作動による目標停止位置での
停止衝撃を、ブームの動作姿勢に基づいて適切な状態で
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
縦操作性を高めることができるものとなった。

【００１１】

【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を連結して
いる。また、この旋回台３には、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。

【００１２】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
駆動用の油圧シリンダ１５、アーム駆動用の油圧シリン
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てある。また、バケッ
ト８をブーム基端部６ａに対して横方向にオフセットし
て旋回台３上に格納することにより、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に、つま
り、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
ように、前記ブーム６の上昇側揺動移動範囲を設定して
ある。

【００１３】前記ブーム駆動用の油圧シリンダ１５、ア
ーム駆動用の油圧シリンダ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〔ブーム角度検
出用の角度検出手段の一例〕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ＰＭ６〔アーム角度検出用の角度検出手段
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，ＰＭ
６，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ＰＭ５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。

【００１４】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Ｖ
１〜Ｖ４の開度を比例制御する流量制御手段Ａと、ブー
ム駆動用の油圧シリンダ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、ブーム駆動用の油圧シリンダ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
ブーム駆動用の油圧シリンダ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１１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。

【００１５】制御装置１２は以下のように制御を実行す
る。図２にブーム駆動用の油圧シリンダ１５の制御動作
を示す。先ず、各検出センサＰＭ５，ＰＭ６，Ｓ１，Ｓ
２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、ブーム駆動用の油圧シリンダ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。

【００１６】（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。

【００１７】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、ブーム駆動用の油圧シリンダ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
駆動用の油圧シリンダ１５がストロークエンドに到ると
ブーム駆動用の油圧シリンダ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。

【００１８】〔別実施例１〕 前記実施例ではブーム駆
動用の油圧シリンダ１５の減速制御を説明したが、この
ような制御はアーム駆動用の油圧シリンダ１６の掻込み
作動時ストロークエンドにおける作動停止の際にアーム
シリンダ用制御弁Ｖ２の制御に用いてもよい。この場
合、上記減速特性の決定に際しては、ブーム６の姿勢に
より減速特性を変更させるようにする。つまり、ファジ
ールールの一つを、以下のように設定する。 （イ）ブーム６の姿勢が図６に示すように、旋回台３内
方側に入り込んでいる時は、アーム駆動用の油圧シリン
ダ１６の掻込み作動に際してアーム駆動用の油圧シリン
ダ１６に対する作動荷重がシリンダ伸長側に加わるの
で、停止ショックが大になりやすいので、減速量を大き
めに設定し、反対に図５に示すように、ブーム６が張り
出し状態であるときは、減速量を小さめに設定する。
尚、このとき、ブーム６の姿勢検出は前記ブーム角度検
出センサＰＭ５により行う。

【００１９】〔別実施例２〕 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
づいて決定し、前記アーム７の減速特性の決定に当たっ
ては、ブーム６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。

【００２０】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

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 3/43 E02F 9/22 - 9/24

Claims (3)

(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、 前記ブーム駆動用の油圧シリンダ（１５）、或はアーム
   駆動用の油圧シリンダ（１６）が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、その作動停止目標位置に
   近づく油圧シリンダ（１５），（１６）に対応する制御
   弁（Ｖ１），（Ｖ２）の開度を徐々に低減させる減速制
   御手段（Ｂ）とを備えたバックホーの油圧シリンダ制御
   装置において、 バックホウ装置（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用の
   角度検出手段（ＰＭ６）と、前記ブーム（６）の対機体
   相対角度を検出するブーム角度検出用の角度検出手段
   （ＰＭ５）とを備えるとともに、前記減速制御手段（Ｂ）における減速特性を変更するよ
   うに構成した減速特性変更手段（Ｃ）を備え、 さらに、前記両角度検出手段（ＰＭ５またはＰＭ６）の
   うちの一方の角度検出手段（ＰＭ５またはＰＭ６）によ
   る検出対象の角度を変化させる油圧シリンダ（１５また
   は１６）が備えられた前記ブーム（６）またはアーム
   （７）のうちの一方の角度変化に基づいて、前記ブーム
   （６）またはアーム（７）のうちの他方に備えられた油
   圧シリンダ（１６または１５）に対応する制御弁（Ｖ２
   またはＶ１）の減速特性を変更するように、前記減速特
   性変更手段（Ｃ）を構成してある バックホーの油圧シリ
   ンダ制御装置。
2. 【請求項２】 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、 前記アーム（７）駆動用の油圧シリンダ（１６）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（Ｖ２）の開度を徐々に低減させる減速制御手段
   （Ｂ）と、 前記ブーム（６）の対機体相対角度を検出するブーム角
   度検出手段（ＰＭ５）と、前記ブーム角度検出手段（Ｐ
   Ｍ５）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。
3. 【請求項３】 前記減速特性変更手段（Ｃ）が、ブーム
   （６）が起立した姿勢であるときは前記減速度合いを大
   にさせ、ブーム（６）が外方側に張り出した姿勢である
   ときは前記減速度合いを小にさせるよう、前記減速制御
   手段（Ｂ）における減速特性を変更させるものである請
   求項２に記載のバックホーの油圧シリンダ制御装置。