JP3556098B2 - 油圧アクチュエータ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧アクチュエータを制御する電磁比例制御弁を備えるとともに、この電磁比例制御弁の流量調節を行いながら油圧アクチュエータを操作するように構成した油圧アクチュエータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記制御装置において、従来、油圧アクチュエータの必要作動量を偏差として求め、この偏差の値が大きいほど電磁比例制御弁の設定制御目標流量が大になる状態にその設定制御目標流量を設定する流量設定手段と、油圧アクチュエータの作動開始時からの経過時間が大になるほど電磁比例制御弁の流量が大になる状態に電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを始動させる始動制御手段と、電磁比例制御弁の流量が前記流量設定手段による設定制御目標流量になるように電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを作動させる偏差制御手段とを備え、図６に示す如く制御弁を制御するものがあった。
すなわち、図６の横軸は時間ｔで、縦軸は制御弁の流量Ｑを示す。油圧アクチュエータの作動指令が与えられると、先ず始動制御手段が始動マップデータＭＤ２に基づいて制御弁を制御し、制御弁の流量を徐々に多くしていく。油圧アクチュエータが作動していくに伴って流量設定手段による設定制御目標流量Ｑ’がアクチュエータ作動開始時の最大流量Ｑｓから少なくなっていき、始動制御手段によって制御される制御弁の流量が流量設定手段による設定制御目標流量Ｑ’に等しくなると、この時点から後は偏差制御手段が制御弁を流量設定手段による設定制御目標流量Ｑ’になるように制御していく。すなわち、油圧アクチュエータが制御目標位置に近づくに伴って制御弁の流量を少なくしていく。
つまり、油圧アクチュエータを低速で始動させて徐々に速度アップし、この後に制御目標位置に減速させながら到達させる、というものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、制御弁の制御が始動制御手段によるものから偏差制御手段によるものに切り換わる際、流量の変化方向が増大側から減少側に急激に変化し、アクチュエータにショックが出やすくなっていた。殊に制御弁の応答性が悪い場合、制御弁がスムーズに切り換わり作動しにくくてその流量が一気に変化することによってアクチュエータが急激に動き出し、その後に制御弁の制御が始動制御手段から偏差制御手段に切り換わって流量が変化するために、アクチュエータのショックが一層大きくなったり、大きく感じられることがあった。また、アクチュエータによって操作される装置が重い場合、始動制御による流量が多くなって加速がついたときに偏差制御に切り換わることから、アクチュエータのショックが一層大きくなっていた。
本発明の目的は、アクチュエータを低速で始動するとともに制御目標位置に極力早く到達して低速で停止するように始動及び偏差制御でき、しかも、始動制御から偏差制御にショックが出にくいように切り換えられる油圧アクチュエータ制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１による発明の構成、作用、効果は次のとおりである。
【０００５】
〔構成〕
油圧アクチュエータを制御する電磁比例制御弁と、油圧アクチュエータの必要作動量を偏差として求め、この偏差の値が大きいほど電磁比例制御弁の設定制御目標流量が大になる状態にその設定制御目標流量を設定する流量設定手段と、油圧アクチュエータの作動指令が与えられるに伴って電磁比例制御弁がアクチュエータ作動側に切り換わり、かつ、作動開始時からの経過時間が大になるほど流量が大になる状態に電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを始動させる始動制御手段と、この始動制御手段によって制御される電磁比例制御弁の流量が油圧アクチュエータの作動開始時に前記流量設定手段によって設定された始動時設定制御目標流量よりも少量で一定量の設定制御目標一定流量になるに伴い、電磁比例制御弁をその設定制御目標一定流量に制御して油圧アクチュエータを作動させる中間制御手段と、前記流量設定手段によって設定される設定制御目標流量が前記設定制御目標一定流量に等しくなるに伴い、流量が前記流量設定手段による設定制御目標流量になるように電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを作動させる偏差制御手段とを備えてある油圧アクチュエータ制御装置。
【０００６】
〔作用〕
アクチュエータの作動指令が与えられると、始動制御手段が電磁比例制御弁をアクチュエータ作動側に制御してアクチュエータを始動させる。このとき、始動制御手段は、アクチュエータの作動開始時からの経過時間が大になるほど制御弁の流量が大になる状態に制御弁を制御し、油圧アクチュエータを徐々に増速させながら作動させていく。制御弁の流量が増大していって設定制御目標一定流量に達すると、この時点から中間制御手段が制御弁を制御することになり、その流量を設定制御目標一定流量に維持し、アクチュエータの作動速度を設定制御目標一定流量によって決まる速度に保持しながらアクチュエータを作動させる。この後、流量設定手段によって設定される設定制御目標流量が前記設定制御目標一定流量に等しくなると、この時点から後は偏差制御手段が制御弁を制御することになり、その流量が流量設定手段による設定制御目標流量になるように制御し、油圧アクチュエータを制御目標位置まで減速させながら作動させていく。
【０００７】
〔効果〕
アクチュエータを始動制御手段によって低速で始動してから高速になるように始動制御するとともに偏差制御手段によって制御目標位置に低速で停止するように偏差制御することにより、作業装置などの操作対象を衝撃が出にくいように始動させるとともに制御目標位置に極力早く到達させて位置ずれしにくいように停止させるなど有利に制御できる。しかも、アクチュエータを始動制御から偏差制御に切り換える際、中間制御手段による速度保持制御が介在することにより、流量の増大側から減少側への変化が従来ほど急激には変化しなくてアクチュエータにショックが発生しにくく、この面からも操作対象をショックや位置ずれなどが発生しにくいように安定的に制御し、作業深さを所望深さに精度よく調整しながら軽快に能率よく作業できるなど有利なものになった。
【０００８】
請求項２による発明の構成、作用、効果は次のとおりである。
【０００９】
〔構成〕
請求項１による発明の構成において、前記油圧アクチュエータが対地作業装置を自走機体に対して昇降操作するように構成してある。
【００１０】
〔作用〕
作業装置を昇降操作する制御装置にあっては、制御弁の応答性が悪いとか、作業装置が重いとかの場合、制御弁の切り換わり不良や作業装置の動慣性が大きく影響し、作業装置を昇降操作する際にアクチュエータの作動衝撃に起因して発生するショックや位置ずれが顕著になる。ところが、アクチュエータの衝撃発生を中間制御手段によって効果的に防止しながら、アクチュエータを始動制御から偏差制御に切り換え制御し、制御弁の応答性が悪いとか作業装置が重くても、その割りにはショックや停止位置のずれを発生しくくしながら作業装置を昇降制御するものである。
【００１１】
〔効果〕
制御弁の応答性や作業装置の重さにかかわらず、作業装置をショックが少ない状態で昇降操作するとともに所定の作業位置に位置ずれしにくいように停止させ、精度のよい作業を能率よく軽快にできる。
【００１２】
請求項３による発明の構成、作用、効果は次のとおりである。
【００１３】
〔構成〕
請求項１又は２による発明の構成において、前記油圧アクチュエータの作動及び作動量の指令を与える操作レバーを、人為操作自在に備えるとともに油圧アクチュエータの作動量に対応するストロークだけ操作されて作動量指令を与えるように構成してある。
【００１４】
〔作用〕
操作レバーを操作すると、油圧アクチュエータが操作レバーの操作ストロークに対応する作動量だけ作動して停止する。
【００１５】
〔効果〕
操作レバーの操作ストロークを調節するだけで操作簡単に操作対象の作動量を所望量に調節できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、左右一対の操向操作及び駆動自在な前車輪１，１と左右一対の駆動自在な後車輪２，２とによって自走し、運転座席３を有する運転部を備える車体の後部を形成するミッションケース４に、上下揺動自在なリンク機構５を介してロータリ耕耘装置６を連結するとともに、車体から回転軸７によって耕耘装置６に駆動力を伝達するように構成して、乗用型耕耘機を構成してある。
【００１７】
図２に示す如く前記リンク機構５の左右一対のリフトアーム５ａ，５ａそれぞれの基端部を、前記ミッションケース４を回動自在に貫通する回転支軸８に一体回転自在に支持させるとともに、回転支軸８から延出する操作アーム８ａにピストンが連結するリフトシリンダ９を前記ミッションケース４の内部に設け、リフトシリンダ９が前記操作アーム８ａを介して回転支軸８を回動操作することによって両リフトアーム５ａ，５ａを回転支軸８の車体横向きの軸芯まわりでミッションケース４に対して上下に揺動操作するように構成してある。すなわち、リフトシリンダ９により、リンク機構５を車体に対して上下に揺動させて耕耘装置６を車体に対して昇降操作するようにしてある。
【００１８】
前記リフトシリンダ９の制御装置を、図２に示す如くリフトリシリンダ９の制御弁１０を備える油圧制御装置部と、運転部の運転座席３の横側に位置する操作レバー２０を備える電気制御装置部とによって構成してある。
リフトシリンダ９の前記制御弁１０は、油路１１を介してフロープライオリティ弁１２の余剰流ポートに接続してある。このフロープライオリティ弁１２は、油圧ポンプ１３が供給する圧油のうちの一定量を制御流ポートからローリング弁１４に優先的に供給し、残りの量の圧油を余剰流ポートから制御弁１０に供給する流量制御弁である。ローリング弁１４は、前記リンク機構５が備えるローリングシリンダ１５を制御するためのものであり、このローリングシリンダ１５は、リンク機構５の前記両リフトアーム５ａ，５ａのうちの一方のリフトアーム５ａと、左右一対のロワーリンク５ｂ，５ｂのうちの一方のロワーリンク５ｂとを連結しており、リフトアーム５ａによるロワーリンク５ｂの昇降操作を可能にするものであり、かつ、リフトアーム５ａとロワーリンク５ｂの間隔を変更することによって耕耘装置６を車体に対してローリング操作するものである。すなわち、油圧ポンプ１３がエンジン１６によって駆動されて供給する圧油のうちの耕耘装置６のローリング制御に優先的に供給される一定量の圧油を除いた残りの圧油を制御弁１０を介してリフトシリンダ９に供給する。
【００１９】
前記制御弁１０は、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に操作する上昇制御弁１０ａと、この上昇制御弁１０ａをパイロット油圧によって切り換え制御する第１電磁弁１０ｂと、リフトシリンダ９を耕耘装置６の下降側に操作する下降制御弁１０ｃと、この下降制御弁１０ｃをパイロット油圧によって切り換え制御する第２電磁弁１０ｄとで成る電磁制御弁に構成し、第１電磁弁１０ｂと第２電磁弁１０ｄとに電気信号を与えることによって制御できるように、かつ、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に制御する際の流量も、下降側に制御する際の流量も制御できるようにしてある。すなわち、第１電磁弁１０ｂのソレノイドＳＬに電流を供給するとともにこの電流の電流値を調節すると、第１電磁弁１０ｂが電流値に対応してパイロット圧を変化させる。これにより、上昇制御弁１０ａの開度がパイロット圧と比例して変化し、油圧ポンプ１３からリフトシリンダ９に供給される圧油の流量を制御し、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に作動させるとともにその作動速度を調節する。第２電磁弁１０ｄのソレノイドＳＬに電流を供給するとともにこの電流の電流値を調節すると、第２電磁弁１０ｄが電流値に対応してパイロット圧を変化させる。これにより、下降制御弁１０ｃの開度がパイロット圧と比例して変化し、リフトシリンダ９から流出する作動油の流量を制御し、リフトシリンダ９を耕耘装置６の下降側に作動させるとともにその作動速度を調節する。
【００２０】
図３に示すように、前記電気制御装置部は、車体に車体横向きの軸芯まわりで揺動自在に支持される前記操作レバー２０、この操作レバー２０の操作位置を検出する第１センサー２１、リフトシリンダ９の作動ストロークを耕耘装置６の車体に対する高さとして検出する第２センサー２２、両センサー２１，２２からの情報に基づいて前記第１電磁弁１０ｂ及び第２電磁弁１０ｄを操作するポジション制御装置２３のそれぞれによって構成してある。
【００２１】
前記第１センサー２１は、前記操作レバー２０のボス部が一体回動自在に連結するレバー支持用の回転支軸２０ａに操作部を連動させた回転式のポテンショメータで構成してあり、操作レバー２０が揺動操作されると、具備する電気抵抗値が変化するようにレバー操作力によって操作されることにより、操作レバー２０の操作位置を検出するとともに検出結果を電気信号でポジション制御装置２３に出力する。
前記第２センサー２２は、前記リフトアーム５ａの回転支軸８に操作部を連動させた回転式のポテンショメータで構成してあり、リフトアーム５ａが揺動操作されると、具備する電気抵抗値が変化するように操作されることにより、耕耘装置６の対車体高さを検出するとともに検出結果を電気信号でポジション制御装置２３に出力する。
【００２２】
ポジション制御装置２３は、マイクロコンピュータによって構成するとともに図５に示すフローチャートに基づいて作動するように構成してある。
すなわち、操作レバー２０が操作されて操作目標位置に停止されると、＃１，＃２ステップに示すように、第１センサー２１からの信号ＰＸ、及び、操作レバー２０が操作目標位置に停止した後でリフトシリンダ９が作動する前の第２センサー２２からの信号ＰＹを入力し、この信号ＰＸ，ＰＹに基づいてリフトシリンダ９を始動させる際の偏差であるところの始動時偏差ΔＰを求める。
次に、＃３，＃４ステップに示すように、第１センサー２１からの信号と第２センサー２２からの信号の偏差とこの偏差に対応する制御弁流量の関係について予め設定してある偏差流量マップデータと始動時偏差ΔＰとを基に、始動時偏差ΔＰに対応する制御弁１０の流量Ｑｓを求め、この流量を始動時設定流量Ｑｓとして設定する。さらに、始動時設定流量Ｑｓの８０％に相当する流量Ｑａを求め、この流量を設定制御目標一定流量Ｑａとして設定する。
次に、＃５，＃６ステップに示すように、リフトシリンダ９を作動させるべき方向が耕耘装置６の下降側と上昇側のいずれの方向であるかの判定し、リフトシリンダ９を作動させる操作を開始してからの経過時間とこの経過時間に対応する流量の関係について予め設定してある始動マップデータに基づいて制御弁１０の流量Ｑが零から徐々に増大していくようにパルス信号を出力する。＃７，＃８ステップに示すように、制御弁１０の流量Ｑが前記設定制御目標一定流量Ｑａに達すると、この後は制御弁１０の流量Ｑを前記設定制御目標一定流量Ｑａに保持するようにパルス信号を出力する。
次に、＃９〜＃１２ステップに示す如く作動する。すなわち、＃６ステップによる制御弁１０の操作によってリフトシリンダ９が作動していくと、リフトアーム５ａが揺動していく。すると、第２センサー２２はリフトシリンダ９の始動前に出力する前記信号ＰＹとは異なる信号を出力していくことから、リフトシリダ９が作動を開始した後には第２センサー２２が信号ＰＹ’を出力するとし、第１センサー２１からの信号ＰＸと第２センサー２２からの信号ＰＹ’との偏差であるところの制御時偏差ΔＰ’を求めるとともに、この制御時偏差ΔＰ’と前記偏差流量マップデータとを基に、制御時偏差ΔＰ’に対応する設定制御目標流量Ｑ’を設定し、この設定制御目標流量Ｑ’が前記設定制御目標一定流量Ｑａに等しくなると、この後は、制御弁１０の流量Ｑが前記設定制御目標流量Ｑ’になるようにパルス信号を出力する。
次に、＃１３，＃１４ステップに示す如く作動する。すなわち、＃１２ステップによる制御弁１０の操作によってリフトシリンダ９が作動していくと、前記偏差流量マップのために設定制御目標流量Ｑ’が減少していくのであり、設定制御目標流量Ｑ’が零か、又は不感帯として設定の値になると、パルス信号の出力を停止し、制御弁１０をリフトシリンダ９の作動を停止させる中立位置に切り換え操作する。
【００２３】
これにより、操作レバー２０を回転支軸２０ａの車体横向きの軸芯まわりで車体前後方向に揺動操作すると、この操作レバー２０は、第１センサー２１によってポジション制御装置２３に次の如き指令を与える。すなわち、リフトシリンダ９を作動させるべき作動指令、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側と下降側のいずれの方向に作動させるべきかの方向指令、リフトシリンダ９をどれだけのストロークだけ作動させるべきかの作動量指令を与える。
＃２，＃３，＃９，＃１０ステップが流量設定手段２４を構成しており、この流量設定手段２４は、第１センサー２１及び第２センサー２２からの信号により、リフトシリンダ９に作動させる必要のあるストロークを偏差ΔＰ，ΔＰ’として求め、制御弁１０に備えさせるべき設定制御目標流量Ｑ’を図４に示す偏差流量マップデータＭＤ１に沿うように設定する。すなわち、偏差ΔＰ，ΔＰ’の値が大きいほど前記設定制御目標流量Ｑｓ，Ｑ’が大になる状態に設定する。
＃６ステップが始動制御手段２５を構成しており、この始動制御手段２５は、リフトシリンダ９を作動させるべき指令が与えられると、これに伴い、制御弁１０が中立状態からリフトシリンダ作動側に切り換わるように、かつ、制御弁１０の流量Ｑが図４に示す始動マップデータＭＤ２に沿うように制御弁１０を制御する。すなわち、リフトシリンダ９が作動を開始してからの経過時間ｔが大になるほど制御弁１０の流量Ｑが大になる状態に制御し、リフトシリンダ９を徐々に速度アップしていくように始動させる。
＃７，＃８ステップが中間制御手段２６を構成しており、この中間制御手段２６は、始動制御手段２５によって制御される制御弁１０の流量Ｑが、リフトシリダ９の作動開始時に流量設定手段２４によって設定された始動時設定制御目標流量Ｑｓよりも少量で一定量の設定制御一定流量Ｑａに達すると、これに伴って制御弁１０の流量Ｑが図４に示す前記設定制御一定流量Ｑａになるように制御弁１０を制御し、リフトシリンダ９を設定制御一定流量Ｑａによって決まる一定の速度で作動させる。
＃１２〜＃１４ステップが偏差制御手段２７を構成しており、この偏差制御手段２７は、流量設定手段２４によって設定される設定制御目標流量Ｑ’が前記設定制御目標一定流量Ｑａに等しくなると、これに伴い、制御弁１０の流量Ｑが流量設定手段２４によって設定される設定制御目標流量Ｑ’になるように制御弁１０を制御し、リフトシリンダ９を減速しながら制御目標位置に到達するように制御する。
【００２４】
つまり、ロータリ耕耘装置６を昇降操作するには、操作レバー２０を次の如く操作してリフトシリンダ９を操作するようにしてある。
すなわち、ロータリ耕耘装置６を上昇操作する際、操作レバー２０を回転支軸２０ａの軸芯まわりで引き上げ側に所定のストロークだけ操作する。すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令に基づいて制御弁１０を上昇作動側に操作してリフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に作動させる。ロータリ耕耘装置６が操作レバー２０の操作されたスロトークに比例するストロークだけ上昇すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令と第２センサー２２からのフィードバック情報とに基づいて制御弁１０を作動停止側に操作してリフトシリンダ９の作動を停止させる。
ロータリ耕耘装置６を下降操作する際、操作レバー２０を回転支軸２０ａの軸芯まわりで押し下げ側に所定のストロークだけ操作する。すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令に基づいて制御弁１０を下降作動側に操作してリフトシリンダ９を耕耘装置６の下降側に作動させる。ロータリ耕耘装置６が操作レバー２０の操作されたスロトークに比例するストロークだけ下降すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令と第２センサー２２からのフィードバック情報とに基づいて制御弁１０を作動停止側に操作してリフトシリンダ９の作動を停止させる。
【００２５】
そして、耕耘装置６を上昇側と下降側のいずれに操作する場合も、始動時には始動制御手段２５による制御のために制御弁１０の流量Ｑが徐々に多くなっていき、リフトシリンダ９は衝撃が出にくいように低速で始動した後に徐々に速度アップしながら作動し、制御弁１０の流量Ｑが設定制御目標一定流量Ｑａに達すると、中間制御手段２６による制御のために制御弁１０の流量が設定制御目標一定流量Ｑａに保持されてリフトシリンダ９が一定速度で作動し、流量設定手段２４による設定制御目標流量Ｑ’が前記設定制御目標一定流量Ｑａに等しくなると、この後は、偏差制御手段２７による制御のために制御弁１０の流量が減少していき、リフトシリンダ９は制御目標位置に減速しながら到達する。したがって、耕耘装置６は衝撃が出にくいように始動し、制御目標位置に極力迅速に到達するとともに衝撃及び位置ずれが出にくように停止する。
【００２６】
前記偏差流量マップデータＭＤ１は次の如く設定してある。すなわち、中間制御手段２６を備えず、始動制御手段２５と偏差制御手段２７とによってのみ制御弁１０を制御する従来の制御装置の場合の偏差流量マップデータとしては、始動時偏差ΔＰ＝Ｘであれば、この始動時偏差に対応する始動時設定流量Ｑｓ＝Ａが設定されるように設定する。これに対し、前記偏差流量マップデータＭＤ１としては、始動時偏差ΔＰ＝Ｘであれば、この始動時偏差に対応する始動時設定流量Ｑｓ＝Ｂ＝１．２×Ａが設定されるように設定してある。つまり、中間制御手段２６を備えない従来の制御装置の場合に比して１．２倍の大きさの値を備える始動時設定流量Ｑｓが設定されるようにしてある。これにより、始動制御手段２５と偏差制御手段２７の他に中間制御手段２６によっても制御弁１０を制御する割りには、制御弁１０に備えさせる前記設定制御目標一定流量の値が比較的大になり、耕耘装置６を制御目標位置に比較的迅速に到達させられる。
【００２７】
〔別実施形態〕
ロータリ耕耘装置６に替え、マルチなどの各種の作業装置を昇降操作自在に連結するものにも本発明は適用できる。したがって、これらの作業装置を総称して対地作業装置と呼称する。また、シリンダに換えて油圧モータを制御するものにも本発明は適用できる。したがって、これらを総称して油圧アクチュエータと呼称する。
【図面の簡単な説明】
【図１】乗用型耕耘機全体の側面図
【図２】油圧回路図
【図３】耕耘装置ポジション制御のブロック図
【図４】制御弁流量の制御説明図
【図５】フローチャート
【図６】従来の制御弁流量の制御説明図
【符号の説明】
６ 対地作業装置
９ 油圧アクチュエータ
１０ 制御弁
２０ 操作レバー
２４ 流量制御弁
２５ 始動制御手段
２６ 中間制御手段
２７ 偏差制御手段
ｔ 経過時間
Ｑ’ 設定制御目標流量
Ｑｓ 始動時間設定制御目標流量
Ｑａ 設定制御目標流量
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧アクチュエータを制御する電磁比例制御弁を備えるとともに、この電磁比例制御弁の流量調節を行いながら油圧アクチュエータを操作するように構成した油圧アクチュエータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記制御装置において、従来、油圧アクチュエータの必要作動量を偏差として求め、この偏差の値が大きいほど電磁比例制御弁の設定制御目標流量が大になる状態にその設定制御目標流量を設定する流量設定手段と、油圧アクチュエータの作動開始時からの経過時間が大になるほど電磁比例制御弁の流量が大になる状態に電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを始動させる始動制御手段と、電磁比例制御弁の流量が前記流量設定手段による設定制御目標流量になるように電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを作動させる偏差制御手段とを備え、図６に示す如く制御弁を制御するものがあった。
すなわち、図６の横軸は時間ｔで、縦軸は制御弁の流量Ｑを示す。油圧アクチュエータの作動指令が与えられると、先ず始動制御手段が始動マップデータＭＤ２に基づいて制御弁を制御し、制御弁の流量を徐々に多くしていく。油圧アクチュエータが作動していくに伴って流量設定手段による設定制御目標流量Ｑ’がアクチュエータ作動開始時の最大流量Ｑｓから少なくなっていき、始動制御手段によって制御される制御弁の流量が流量設定手段による設定制御目標流量Ｑ’に等しくなると、この時点から後は偏差制御手段が制御弁を流量設定手段による設定制御目標流量Ｑ’になるように制御していく。すなわち、油圧アクチュエータが制御目標位置に近づくに伴って制御弁の流量を少なくしていく。
つまり、油圧アクチュエータを低速で始動させて徐々に速度アップし、この後に制御目標位置に減速させながら到達させる、というものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、制御弁の制御が始動制御手段によるものから偏差制御手段によるものに切り換わる際、流量の変化方向が増大側から減少側に急激に変化し、アクチュエータにショックが出やすくなっていた。殊に制御弁の応答性が悪い場合、制御弁がスムーズに切り換わり作動しにくくてその流量が一気に変化することによってアクチュエータが急激に動き出し、その後に制御弁の制御が始動制御手段から偏差制御手段に切り換わって流量が変化するために、アクチュエータのショックが一層大きくなったり、大きく感じられることがあった。また、アクチュエータによって操作される装置が重い場合、始動制御による流量が多くなって加速がついたときに偏差制御に切り換わることから、アクチュエータのショックが一層大きくなっていた。
本発明の目的は、アクチュエータを低速で始動するとともに制御目標位置に極力早く到達して低速で停止するように始動及び偏差制御でき、しかも、始動制御から偏差制御にショックが出にくいように切り換えられる油圧アクチュエータ制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１による発明の構成、作用、効果は次のとおりである。
【０００５】
〔構成〕
油圧アクチュエータを制御する電磁比例制御弁と、油圧アクチュエータの必要作動量を偏差として求め、この偏差の値が大きいほど電磁比例制御弁の設定制御目標流量が大になる状態にその設定制御目標流量を設定する流量設定手段と、油圧アクチュエータの作動指令が与えられるに伴って電磁比例制御弁がアクチュエータ作動側に切り換わり、かつ、作動開始時からの経過時間が大になるほど流量が大になる状態に電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを始動させる始動制御手段と、この始動制御手段によって制御される電磁比例制御弁の流量が油圧アクチュエータの作動開始時に前記流量設定手段によって設定された始動時設定制御目標流量よりも少量で一定量の設定制御目標一定流量になるに伴い、電磁比例制御弁をその設定制御目標一定流量に制御して油圧アクチュエータを作動させる中間制御手段と、前記流量設定手段によって設定される設定制御目標流量が前記設定制御目標一定流量に等しくなるに伴い、流量が前記流量設定手段による設定制御目標流量になるように電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを作動させる偏差制御手段とを備えてある油圧アクチュエータ制御装置。
【０００６】
〔作用〕
アクチュエータの作動指令が与えられると、始動制御手段が電磁比例制御弁をアクチュエータ作動側に制御してアクチュエータを始動させる。このとき、始動制御手段は、アクチュエータの作動開始時からの経過時間が大になるほど制御弁の流量が大になる状態に制御弁を制御し、油圧アクチュエータを徐々に増速させながら作動させていく。制御弁の流量が増大していって設定制御目標一定流量に達すると、この時点から中間制御手段が制御弁を制御することになり、その流量を設定制御目標一定流量に維持し、アクチュエータの作動速度を設定制御目標一定流量によって決まる速度に保持しながらアクチュエータを作動させる。この後、流量設定手段によって設定される設定制御目標流量が前記設定制御目標一定流量に等しくなると、この時点から後は偏差制御手段が制御弁を制御することになり、その流量が流量設定手段による設定制御目標流量になるように制御し、油圧アクチュエータを制御目標位置まで減速させながら作動させていく。
【０００７】
〔効果〕
アクチュエータを始動制御手段によって低速で始動してから高速になるように始動制御するとともに偏差制御手段によって制御目標位置に低速で停止するように偏差制御することにより、作業装置などの操作対象を衝撃が出にくいように始動させるとともに制御目標位置に極力早く到達させて位置ずれしにくいように停止させるなど有利に制御できる。しかも、アクチュエータを始動制御から偏差制御に切り換える際、中間制御手段による速度保持制御が介在することにより、流量の増大側から減少側への変化が従来ほど急激には変化しなくてアクチュエータにショックが発生しにくく、この面からも操作対象をショックや位置ずれなどが発生しにくいように安定的に制御し、作業深さを所望深さに精度よく調整しながら軽快に能率よく作業できるなど有利なものになった。
【０００８】
請求項２による発明の構成、作用、効果は次のとおりである。
【０００９】
〔構成〕
請求項１による発明の構成において、前記油圧アクチュエータが対地作業装置を自走機体に対して昇降操作するように構成してある。
【００１０】
〔作用〕
作業装置を昇降操作する制御装置にあっては、制御弁の応答性が悪いとか、作業装置が重いとかの場合、制御弁の切り換わり不良や作業装置の動慣性が大きく影響し、作業装置を昇降操作する際にアクチュエータの作動衝撃に起因して発生するショックや位置ずれが顕著になる。ところが、アクチュエータの衝撃発生を中間制御手段によって効果的に防止しながら、アクチュエータを始動制御から偏差制御に切り換え制御し、制御弁の応答性が悪いとか作業装置が重くても、その割りにはショックや停止位置のずれを発生しくくしながら作業装置を昇降制御するものである。
【００１１】
〔効果〕
制御弁の応答性や作業装置の重さにかかわらず、作業装置をショックが少ない状態で昇降操作するとともに所定の作業位置に位置ずれしにくいように停止させ、精度のよい作業を能率よく軽快にできる。
【００１２】
請求項３による発明の構成、作用、効果は次のとおりである。
【００１３】
〔構成〕
請求項１又は２による発明の構成において、前記油圧アクチュエータの作動及び作動量の指令を与える操作レバーを、人為操作自在に備えるとともに油圧アクチュエータの作動量に対応するストロークだけ操作されて作動量指令を与えるように構成してある。
【００１４】
〔作用〕
操作レバーを操作すると、油圧アクチュエータが操作レバーの操作ストロークに対応する作動量だけ作動して停止する。
【００１５】
〔効果〕
操作レバーの操作ストロークを調節するだけで操作簡単に操作対象の作動量を所望量に調節できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、左右一対の操向操作及び駆動自在な前車輪１，１と左右一対の駆動自在な後車輪２，２とによって自走し、運転座席３を有する運転部を備える車体の後部を形成するミッションケース４に、上下揺動自在なリンク機構５を介してロータリ耕耘装置６を連結するとともに、車体から回転軸７によって耕耘装置６に駆動力を伝達するように構成して、乗用型耕耘機を構成してある。
【００１７】
図２に示す如く前記リンク機構５の左右一対のリフトアーム５ａ，５ａそれぞれの基端部を、前記ミッションケース４を回動自在に貫通する回転支軸８に一体回転自在に支持させるとともに、回転支軸８から延出する操作アーム８ａにピストンが連結するリフトシリンダ９を前記ミッションケース４の内部に設け、リフトシリンダ９が前記操作アーム８ａを介して回転支軸８を回動操作することによって両リフトアーム５ａ，５ａを回転支軸８の車体横向きの軸芯まわりでミッションケース４に対して上下に揺動操作するように構成してある。すなわち、リフトシリンダ９により、リンク機構５を車体に対して上下に揺動させて耕耘装置６を車体に対して昇降操作するようにしてある。
【００１８】
前記リフトシリンダ９の制御装置を、図２に示す如くリフトリシリンダ９の制御弁１０を備える油圧制御装置部と、運転部の運転座席３の横側に位置する操作レバー２０を備える電気制御装置部とによって構成してある。
リフトシリンダ９の前記制御弁１０は、油路１１を介してフロープライオリティ弁１２の余剰流ポートに接続してある。このフロープライオリティ弁１２は、油圧ポンプ１３が供給する圧油のうちの一定量を制御流ポートからローリング弁１４に優先的に供給し、残りの量の圧油を余剰流ポートから制御弁１０に供給する流量制御弁である。ローリング弁１４は、前記リンク機構５が備えるローリングシリンダ１５を制御するためのものであり、このローリングシリンダ１５は、リンク機構５の前記両リフトアーム５ａ，５ａのうちの一方のリフトアーム５ａと、左右一対のロワーリンク５ｂ，５ｂのうちの一方のロワーリンク５ｂとを連結しており、リフトアーム５ａによるロワーリンク５ｂの昇降操作を可能にするものであり、かつ、リフトアーム５ａとロワーリンク５ｂの間隔を変更することによって耕耘装置６を車体に対してローリング操作するものである。すなわち、油圧ポンプ１３がエンジン１６によって駆動されて供給する圧油のうちの耕耘装置６のローリング制御に優先的に供給される一定量の圧油を除いた残りの圧油を制御弁１０を介してリフトシリンダ９に供給する。
【００１９】
前記制御弁１０は、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に操作する上昇制御弁１０ａと、この上昇制御弁１０ａをパイロット油圧によって切り換え制御する第１電磁弁１０ｂと、リフトシリンダ９を耕耘装置６の下降側に操作する下降制御弁１０ｃと、この下降制御弁１０ｃをパイロット油圧によって切り換え制御する第２電磁弁１０ｄとで成る電磁制御弁に構成し、第１電磁弁１０ｂと第２電磁弁１０ｄとに電気信号を与えることによって制御できるように、かつ、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に制御する際の流量も、下降側に制御する際の流量も制御できるようにしてある。すなわち、第１電磁弁１０ｂのソレノイドＳＬに電流を供給するとともにこの電流の電流値を調節すると、第１電磁弁１０ｂが電流値に対応してパイロット圧を変化させる。これにより、上昇制御弁１０ａの開度がパイロット圧と比例して変化し、油圧ポンプ１３からリフトシリンダ９に供給される圧油の流量を制御し、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に作動させるとともにその作動速度を調節する。第２電磁弁１０ｄのソレノイドＳＬに電流を供給するとともにこの電流の電流値を調節すると、第２電磁弁１０ｄが電流値に対応してパイロット圧を変化させる。これにより、下降制御弁１０ｃの開度がパイロット圧と比例して変化し、リフトシリンダ９から流出する作動油の流量を制御し、リフトシリンダ９を耕耘装置６の下降側に作動させるとともにその作動速度を調節する。
【００２０】
図３に示すように、前記電気制御装置部は、車体に車体横向きの軸芯まわりで揺動自在に支持される前記操作レバー２０、この操作レバー２０の操作位置を検出する第１センサー２１、リフトシリンダ９の作動ストロークを耕耘装置６の車体に対する高さとして検出する第２センサー２２、両センサー２１，２２からの情報に基づいて前記第１電磁弁１０ｂ及び第２電磁弁１０ｄを操作するポジション制御装置２３のそれぞれによって構成してある。
【００２１】
前記第１センサー２１は、前記操作レバー２０のボス部が一体回動自在に連結するレバー支持用の回転支軸２０ａに操作部を連動させた回転式のポテンショメータで構成してあり、操作レバー２０が揺動操作されると、具備する電気抵抗値が変化するようにレバー操作力によって操作されることにより、操作レバー２０の操作位置を検出するとともに検出結果を電気信号でポジション制御装置２３に出力する。
前記第２センサー２２は、前記リフトアーム５ａの回転支軸８に操作部を連動させた回転式のポテンショメータで構成してあり、リフトアーム５ａが揺動操作されると、具備する電気抵抗値が変化するように操作されることにより、耕耘装置６の対車体高さを検出するとともに検出結果を電気信号でポジション制御装置２３に出力する。
【００２２】
ポジション制御装置２３は、マイクロコンピュータによって構成するとともに図５に示すフローチャートに基づいて作動するように構成してある。
すなわち、操作レバー２０が操作されて操作目標位置に停止されると、＃１，＃２ステップに示すように、第１センサー２１からの信号ＰＸ、及び、操作レバー２０が操作目標位置に停止した後でリフトシリンダ９が作動する前の第２センサー２２からの信号ＰＹを入力し、この信号ＰＸ，ＰＹに基づいてリフトシリンダ９を始動させる際の偏差であるところの始動時偏差ΔＰを求める。
次に、＃３，＃４ステップに示すように、第１センサー２１からの信号と第２センサー２２からの信号の偏差とこの偏差に対応する制御弁流量の関係について予め設定してある偏差流量マップデータと始動時偏差ΔＰとを基に、始動時偏差ΔＰに対応する制御弁１０の流量Ｑｓを求め、この流量を始動時設定流量Ｑｓとして設定する。さらに、始動時設定流量Ｑｓの８０％に相当する流量Ｑａを求め、この流量を設定制御目標一定流量Ｑａとして設定する。
次に、＃５，＃６ステップに示すように、リフトシリンダ９を作動させるべき方向が耕耘装置６の下降側と上昇側のいずれの方向であるかの判定し、リフトシリンダ９を作動させる操作を開始してからの経過時間とこの経過時間に対応する流量の関係について予め設定してある始動マップデータに基づいて制御弁１０の流量Ｑが零から徐々に増大していくようにパルス信号を出力する。＃７，＃８ステップに示すように、制御弁１０の流量Ｑが前記設定制御目標一定流量Ｑａに達すると、この後は制御弁１０の流量Ｑを前記設定制御目標一定流量Ｑａに保持するようにパルス信号を出力する。
次に、＃９〜＃１２ステップに示す如く作動する。すなわち、＃６ステップによる制御弁１０の操作によってリフトシリンダ９が作動していくと、リフトアーム５ａが揺動していく。すると、第２センサー２２はリフトシリンダ９の始動前に出力する前記信号ＰＹとは異なる信号を出力していくことから、リフトシリダ９が作動を開始した後には第２センサー２２が信号ＰＹ’を出力するとし、第１センサー２１からの信号ＰＸと第２センサー２２からの信号ＰＹ’との偏差であるところの制御時偏差ΔＰ’を求めるとともに、この制御時偏差ΔＰ’と前記偏差流量マップデータとを基に、制御時偏差ΔＰ’に対応する設定制御目標流量Ｑ’を設定し、この設定制御目標流量Ｑ’が前記設定制御目標一定流量Ｑａに等しくなると、この後は、制御弁１０の流量Ｑが前記設定制御目標流量Ｑ’になるようにパルス信号を出力する。
次に、＃１３，＃１４ステップに示す如く作動する。すなわち、＃１２ステップによる制御弁１０の操作によってリフトシリンダ９が作動していくと、前記偏差流量マップのために設定制御目標流量Ｑ’が減少していくのであり、設定制御目標流量Ｑ’が零か、又は不感帯として設定の値になると、パルス信号の出力を停止し、制御弁１０をリフトシリンダ９の作動を停止させる中立位置に切り換え操作する。
【００２３】
これにより、操作レバー２０を回転支軸２０ａの車体横向きの軸芯まわりで車体前後方向に揺動操作すると、この操作レバー２０は、第１センサー２１によってポジション制御装置２３に次の如き指令を与える。すなわち、リフトシリンダ９を作動させるべき作動指令、リフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側と下降側のいずれの方向に作動させるべきかの方向指令、リフトシリンダ９をどれだけのストロークだけ作動させるべきかの作動量指令を与える。
＃２，＃３，＃９，＃１０ステップが流量設定手段２４を構成しており、この流量設定手段２４は、第１センサー２１及び第２センサー２２からの信号により、リフトシリンダ９に作動させる必要のあるストロークを偏差ΔＰ，ΔＰ’として求め、制御弁１０に備えさせるべき設定制御目標流量Ｑ’を図４に示す偏差流量マップデータＭＤ１に沿うように設定する。すなわち、偏差ΔＰ，ΔＰ’の値が大きいほど前記設定制御目標流量Ｑｓ，Ｑ’が大になる状態に設定する。
＃６ステップが始動制御手段２５を構成しており、この始動制御手段２５は、リフトシリンダ９を作動させるべき指令が与えられると、これに伴い、制御弁１０が中立状態からリフトシリンダ作動側に切り換わるように、かつ、制御弁１０の流量Ｑが図４に示す始動マップデータＭＤ２に沿うように制御弁１０を制御する。すなわち、リフトシリンダ９が作動を開始してからの経過時間ｔが大になるほど制御弁１０の流量Ｑが大になる状態に制御し、リフトシリンダ９を徐々に速度アップしていくように始動させる。
＃７，＃８ステップが中間制御手段２６を構成しており、この中間制御手段２６は、始動制御手段２５によって制御される制御弁１０の流量Ｑが、リフトシリダ９の作動開始時に流量設定手段２４によって設定された始動時設定制御目標流量Ｑｓよりも少量で一定量の設定制御一定流量Ｑａに達すると、これに伴って制御弁１０の流量Ｑが図４に示す前記設定制御一定流量Ｑａになるように制御弁１０を制御し、リフトシリンダ９を設定制御一定流量Ｑａによって決まる一定の速度で作動させる。
＃１２〜＃１４ステップが偏差制御手段２７を構成しており、この偏差制御手段２７は、流量設定手段２４によって設定される設定制御目標流量Ｑ’が前記設定制御目標一定流量Ｑａに等しくなると、これに伴い、制御弁１０の流量Ｑが流量設定手段２４によって設定される設定制御目標流量Ｑ’になるように制御弁１０を制御し、リフトシリンダ９を減速しながら制御目標位置に到達するように制御する。
【００２４】
つまり、ロータリ耕耘装置６を昇降操作するには、操作レバー２０を次の如く操作してリフトシリンダ９を操作するようにしてある。
すなわち、ロータリ耕耘装置６を上昇操作する際、操作レバー２０を回転支軸２０ａの軸芯まわりで引き上げ側に所定のストロークだけ操作する。すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令に基づいて制御弁１０を上昇作動側に操作してリフトシリンダ９を耕耘装置６の上昇側に作動させる。ロータリ耕耘装置６が操作レバー２０の操作されたスロトークに比例するストロークだけ上昇すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令と第２センサー２２からのフィードバック情報とに基づいて制御弁１０を作動停止側に操作してリフトシリンダ９の作動を停止させる。
ロータリ耕耘装置６を下降操作する際、操作レバー２０を回転支軸２０ａの軸芯まわりで押し下げ側に所定のストロークだけ操作する。すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令に基づいて制御弁１０を下降作動側に操作してリフトシリンダ９を耕耘装置６の下降側に作動させる。ロータリ耕耘装置６が操作レバー２０の操作されたスロトークに比例するストロークだけ下降すると、ポジション制御装置２３が第１センサー２１からの指令と第２センサー２２からのフィードバック情報とに基づいて制御弁１０を作動停止側に操作してリフトシリンダ９の作動を停止させる。
【００２５】
そして、耕耘装置６を上昇側と下降側のいずれに操作する場合も、始動時には始動制御手段２５による制御のために制御弁１０の流量Ｑが徐々に多くなっていき、リフトシリンダ９は衝撃が出にくいように低速で始動した後に徐々に速度アップしながら作動し、制御弁１０の流量Ｑが設定制御目標一定流量Ｑａに達すると、中間制御手段２６による制御のために制御弁１０の流量が設定制御目標一定流量Ｑａに保持されてリフトシリンダ９が一定速度で作動し、流量設定手段２４による設定制御目標流量Ｑ’が前記設定制御目標一定流量Ｑａに等しくなると、この後は、偏差制御手段２７による制御のために制御弁１０の流量が減少していき、リフトシリンダ９は制御目標位置に減速しながら到達する。したがって、耕耘装置６は衝撃が出にくいように始動し、制御目標位置に極力迅速に到達するとともに衝撃及び位置ずれが出にくように停止する。
【００２６】
前記偏差流量マップデータＭＤ１は次の如く設定してある。すなわち、中間制御手段２６を備えず、始動制御手段２５と偏差制御手段２７とによってのみ制御弁１０を制御する従来の制御装置の場合の偏差流量マップデータとしては、始動時偏差ΔＰ＝Ｘであれば、この始動時偏差に対応する始動時設定流量Ｑｓ＝Ａが設定されるように設定する。これに対し、前記偏差流量マップデータＭＤ１としては、始動時偏差ΔＰ＝Ｘであれば、この始動時偏差に対応する始動時設定流量Ｑｓ＝Ｂ＝１．２×Ａが設定されるように設定してある。つまり、中間制御手段２６を備えない従来の制御装置の場合に比して１．２倍の大きさの値を備える始動時設定流量Ｑｓが設定されるようにしてある。これにより、始動制御手段２５と偏差制御手段２７の他に中間制御手段２６によっても制御弁１０を制御する割りには、制御弁１０に備えさせる前記設定制御目標一定流量の値が比較的大になり、耕耘装置６を制御目標位置に比較的迅速に到達させられる。
【００２７】
〔別実施形態〕
ロータリ耕耘装置６に替え、マルチなどの各種の作業装置を昇降操作自在に連結するものにも本発明は適用できる。したがって、これらの作業装置を総称して対地作業装置と呼称する。また、シリンダに換えて油圧モータを制御するものにも本発明は適用できる。したがって、これらを総称して油圧アクチュエータと呼称する。
【図面の簡単な説明】
【図１】乗用型耕耘機全体の側面図
【図２】油圧回路図
【図３】耕耘装置ポジション制御のブロック図
【図４】制御弁流量の制御説明図
【図５】フローチャート
【図６】従来の制御弁流量の制御説明図
【符号の説明】
６ 対地作業装置
９ 油圧アクチュエータ
１０ 制御弁
２０ 操作レバー
２４ 流量制御弁
２５ 始動制御手段
２６ 中間制御手段
２７ 偏差制御手段
ｔ 経過時間
Ｑ’ 設定制御目標流量
Ｑｓ 始動時間設定制御目標流量
Ｑａ 設定制御目標流量
Claims (3)
- 油圧アクチュエータを制御する電磁比例制御弁と、油圧アクチュエータの必要作動量を偏差として求め、この偏差の値が大きいほど電磁比例制御弁の設定制御目標流量が大になる状態にその設定制御目標流量を設定する流量設定手段と、
油圧アクチュエータの作動指令が与えられるに伴って電磁比例制御弁がアクチュエータ作動側に切り換わり、かつ、作動開始時からの経過時間が大になるほど流量が大になる状態に電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを始動させる始動制御手段と、
この始動制御手段によって制御される電磁比例制御弁の流量が油圧アクチュエータの作動開始時に前記流量設定手段によって設定された始動時設定制御目標流量よりも少量で一定量の設定制御目標一定流量になるに伴い、電磁比例制御弁をその設定制御目標一定流量に制御して油圧アクチュエータを作動させる中間制御手段と、
前記流量設定手段によって設定される設定制御目標流量が前記設定制御目標一定流量に等しくなるに伴い、流量が前記流量設定手段による設定制御目標流量になるように電磁比例制御弁を制御して油圧アクチュエータを作動させる偏差制御手段とを備えてある油圧アクチュエータ制御装置。 - 前記油圧アクチュエータが対地作業装置を自走機体に対して昇降操作するように構成してある請求項１記載の油圧アクチュエータ制御装置。
- 前記油圧アクチュエータの作動及び作動量の指令を与える操作レバーを、人為操作自在に備えるとともに油圧アクチュエータの作動量に対応するストロークだけ操作されて作動量指令を与えるように構成してある請求項１又は２記載の油圧アクチュエータ制御装置。
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