JP3664780B2 - Construction machine working range restriction control device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械の作業範囲制限制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
油圧ショベルでは、上部旋回体のフロント部にブームを取り付け、そのブーム先端部に順次アーム、バケットを連結して作業用のフロント装置を構成している。そして上記作フロント装置の屈折作業運動を操作することにより、掘削積込作業などを行っている。
【0003】
このような油圧ショベルで作業を行うとき、作業現場によっては上方や下方に障害物があるう場合がある。例えば屋外の作業では電線、屋内の作業では天井などが上方の障害物となる。また、ガス管や水道管等が地中にある場合の掘削作業では、これらが下方の障害物となる。オペレータは作業中これらの障害物にバケット爪先などの部分を接触させたり、引っかけたりしないように細心の注意を払う必要がある。
【0004】
このような問題に対して、特開平3−208923号公報や特公平6−19165号公報に記載されているような発明がなされている。特開平3−208923号公報に記載されている発明は、上方に予めフロント装置の侵入禁止領域を設定し、侵入禁止領域の下方にアクチュエータの減速領域を設定し、フロント装置の各先端位置のうち最大高さにある部分がこの減速領域に侵入すると油圧ポンプの吐出量を減らしてアクチュエータの作動速度を落とし、更に侵入禁止領域まで達するとパイロット操作装置の元圧を断ち、アクチュエータの動作を止めてしまうことにより、作業機の一部が上方の障害物に接触することを防ぐようにしたものである。
【0005】
また、特公平6−19165号公報に記載されている発明は、パイロット操作装置とこのパイロット操作装置から出力された操作パイロット圧により操作される流量制御弁との間に当該操作パイロット圧を減圧して出力する電気式減圧弁を設け、ブームが設定高さまで上昇すると電気式減圧弁を減圧操作する電気信号を出力して操作パイロット圧を減圧し、ブームの上昇を停止させるようにしたものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
特公平6−19165号公報では、上記のように電気式減圧弁を用いて操作パイロット圧を減圧し、ブームが設定高さまで上昇するとブームの上昇を停止させるようにしている。また、この特公平6−19165号公報に記載の電気式減圧弁を特開平3−208923号公報の発明に用いれば、ブームと設定高さ(侵入禁止領域)との距離に応じて当該電気式減圧弁に与えられる電気信号を調整することにより、ブームが設定高さに近づくと電気式減圧弁による減圧の程度を増してアクチュエータの作動速度を落とし、ブームの動作速度を減速することもできる。しかし、このように電気式減圧弁を用いて減速制御をするときには次のような問題がある。
【0007】
パイロット操作装置と流量制御弁との間に電気式減圧弁を配置する場合は、パイロット操作装置から出力された操作パイロット圧を不用意に減圧して、オペレータの意志にそぐわないアクチュエータの速度低下を起こさないようにしなければならない。このため、電気式減圧弁は、必要がない限りパイロット操作装置の油圧源であるパイロットポンプの油圧(パイロットポンプ元圧)程度の油圧を常に流量制御弁に供給できるようするために、通常は電気信号の電流値として最大電流が流れ、弁を全開にしている。そして、例えばブームが設定した高さ又は深さに近づくと漸次電気信号の電流値を落とし、減圧弁を閉じてゆき、徐々にアクチュエータの速度を落として最後は滑らかに停止させる。
【0008】
ところが、電気式減圧弁はその特性として、与えられるパイロット一次圧(パイロット操作装置から出力された操作パイロット圧)に対して電流値が大きいと、スプールがソレノイドとは反対の面に強く押し付けられる状態となり、いざ、スプールがソレノイド側に移動して、減圧を開始しようとしても、すぐにはスプールは移動せず、一瞬動きが悪くなってしまう場合が多い。このようなスプールが片側に押し付けられることにより動きが悪くなる現象を本明細書中では「スプールの付着現象」という。この現象が起こると、いくら電流値を低くして、操作パイロット圧を減圧しようとしても減圧が一瞬遅れるため、減速制御の開始が遅れ、見かけ上、減速距離が短くなったことと同じことになり、場合によってはアクチュエータが停止するときに大きな衝撃が生じ、オペレータに不快感を与えることになる。また、バケットに荷を積んでいる場合には、積み荷をこぼしてしまう可能性がある。
【0009】
本発明の目的は、電気式減圧弁の「スプールの付着現象」に影響されずに、滑らかにアクチュエータの速度を低下させ、停止できる建設機械の作業範囲制限制御装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は次の構成を採用する。すなわち、上下方向に回動可能な複数のフロント部材により構成される多関節型のフロント装置と、前記複数のフロント部材を駆動する複数の油圧アクチュエータと、前記複数のフロント部材の動作を指示する操作装置から出力される操作パイロット圧により駆動され、前記複数の油圧アクチュエータに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁と、前記操作装置とこれに対応する少なくとも1つの前記流量制御弁との間に設けられ、前記操作装置から出力された操作パイロット圧を減圧して出力する電気式減圧弁とを備え、前記フロント装置に関して予め設定したモニターポイントと予め設定した侵入禁止領域との距離に応じて指令電流値を計算し前記電気式減圧弁に出力して、前記モニターポイントが前記侵入禁止領域に近づくと前記フロント装置を減速させ、前記侵入禁止領域に到達すると前記フロント装置を停止させる制御を行う建設機械の作業範囲制限制御装置において、前記電気式減圧弁のパイロット一次圧を検出する検出手段を前記操作装置と前記電気式減圧弁との間に設け、前記モニターポイントが前記フロント装置を減速させる減速領域へ到達する際に前記電気式減圧弁へ出力する指令電流値を前記検出手段で検出されたパイロット一次圧に追従させる出力補正手段を備える。
【0011】
以上のように構成した本発明では、モニターポイントが前記侵入禁止領域に近づき、モニターポイントと侵入禁止領域との距離が小さくなると、例えば、当該距離が小さくなるに従って小さくなる第1指令電流値を計算し、出力補正手段は、検出手段で検出されたパイロット一次圧に相当する第2指令電流値を計算し、第1及び第2指令電流値の小さい方を電気信号として電気式減圧弁に出力する。これにより、第1指令電流値が第2指令電流値より小さくなる距離以上にフロント装置が侵入禁止領域に近づくと第1指令電流値が選択されるので、この第1指令電流値により徐々にアクチュエータの動作速度が減じられ、侵入禁止領域に到達するとアクチュエータの動作速度がゼロになってフロント装置が停止する。
【0012】
また、モニターポイントが減速領域へ到達する際には(詳細には、第1指令電流値が第2指令電流値より小さくなるまでは)パイロット圧一次圧に相当する第2指令電流値が電気信号として出力される(パイロット一次圧追従制御)ので、電気式減圧弁のパイロット一次圧に対して指令電流値が大きくなり過ぎることがなく、上記のように減速制御に移行するとき電気式減圧弁のスプールが速やかに動き、「スプールの付着現象」の影響が緩和される。したがって、電気式減圧弁による減圧動作がスムーズに行われ、アクチュエータを滑らかに停止させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を油圧ショベルに適用した場合の実施形態を図1〜図13により説明する。なお、本実施形態は上方の範囲制限制御を行う場合についてのものである。
【0017】
図1において、本発明が適用される油圧ショベルは、油圧ポンプ2と、この油圧ポンプ2からの圧油により駆動されるブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バッケトシリンダ3c、旋回モータ3d及び左右の走行モータ3e,3fを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ3a〜3fのそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバー装置4a〜4fと、油圧ポンプ2と複数の油圧アクチュエータ3a〜3f間に接続され、操作レバー装置4a〜4fの操作信号によって制御され、油圧アクチュエータ3a〜3fに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁5a〜5fと、油圧ポンプ2と流量制御弁5a〜5fの間の圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁6とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。
【0018】
また、油圧ショベルは、図2に示すように、垂直方向にそれぞれ回動するブーム1a、アーム1b及びバケット1cからなる多関節型のフロント装置1Aと、上部旋回体1d及び下部走行体1eからなる車体1Bとで構成され、フロント装置1Aのブーム1aの基端は上部旋回体1dの前部に支持されている。ブーム1a、アーム1b、バケット1c、上部旋回体1d及び下部走行体1eはそれぞれブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ3c、旋回モータ3d及び左右の走行モータ3e、3fによりそれぞれ駆動される被駆動部材を構成し、それらの動作は上記操作レバー装置4a〜4fにより指示される。
【0019】
操作レバー装置4a〜4fは操作信号としてパイロット圧を出力し、対応する流量制御弁5a〜5fを駆動する油圧パイロット方式の操作装置(パイロット操作装置)であり、それぞれ、図3に示すように、オペレータにより操作される操作レバー40と、操作レバー40の操作量と操作方向に応じたパイロット圧を生成する一対の減圧弁41,42とにより構成され、減圧弁41,42の一次ポート側はパイロットポンプ43に接続され、二次ポート側はパイロットライン44a,44b;45a,45b;46a,46b;47a,47b;48a,48b;49a,49bを介して対応する流量制御弁の油圧駆動部50a,50b;51a,51b;52a,52b;53a,53b;54a,54b;55a,55bに接続されている。
【0020】
例えばブーム用のパイロット操作装置4aは、操作レバー40が図3のA方向に操作されると、パイロットポンプ43からのパイロット元圧を減圧弁41により操作レバー40の操作量に比例した圧力に変化させてパイロットライン44aに出力し、この圧力が流量制御弁5aの油圧駆動部50aに与えられることにより流量制御弁5aのスプールは図1の右方に動かされる。これにより、主ポンプである油圧ポンプ2からの圧油はブームシリンダ3aのボトム側に供給され、ブームシリンダ3aは伸長するよう駆動され、図2に示されるブーム1aは上方に動かされる。操作レバー40を図3のB方向に操作すると、パイロットポンプ43からのパイロット元圧を減圧弁42により操作レバー40の操作量に比例した圧力に変化させてパイロットライン44bに出力し、この圧力が流量制御弁5aの油圧駆動部50bに与えられることにより流量制御弁5aのスプールは図1の左方に動かされ、油圧ポンプ2からの圧油はブームシリンダ3aのロッド側に供給され、ブームシリンダ3aは収縮するよう駆動され、図2に示されるブーム1aは下方に動かされる。操作レバー40を中央位置に戻すと、減圧弁41,42はパイロットライン44a,44bをタンクにつなげ、流量制御弁5aへのパイロット圧の付与は解除され、流量制御弁5aは復元スプリングにより中立位置に戻され、ブーム1aの動きは停止する。アーム用、バケット用のパイロット操作装置4b,4cについても同様である。このようなブーム用、アーム用、バケット用のパイロット操作装置4a〜4cの操作を単独又は適当に組み合わせて行うことにより、フロント装置1Aを所望の態様で屈折動作させ、掘削積込作業などを行うことができる。なお、本願明細書中では、パイロット操作装置4a,4bから出力されたパイロット圧のことを特に「操作パイロット圧」と呼ぶ。
【0021】
以上のような油圧ショベルに本実施例による作業範囲制限制御装置が設けられている。この作業範囲制限制御装置は、予め作業に応じてフロント部材が侵入してはならない領域(侵入禁止領域)を指示するための設定器7と、ブーム1a、アーム1b及びバケット1cのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント装置1Aの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する角度検出器8a,8b,8cと、ブーム用及びアーム用のパイロット操作装置4a,4bのパイロットライン44a,44b;45a,45bに設けられ、パイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧を検出する圧力検出器60a,60b;61a,61bと、設定器7の設定信号、角度検出器8a,8b,8c及び圧力検出器60a,60b;61a,61bの検出信号を入力し、フロント部材が侵入してはならない侵入禁止領域を設定すると共に、その侵入禁止領域に応じて作業範囲を制限制御するための電気信号を出力する制御ユニット9と、パイロットライン44a,44b,45a,45bにそれぞれ設置され、パイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧をパイロット一次圧としてこれを前記制御ユニット9から出力されたそれぞれの電気信号に応じて減圧して出力する比例電磁弁10a,10b,11a,11bとで構成されている。なお、圧力検出器60a,60b;61a,61bでパイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧を検出することは、結局は、比例電磁弁10a,10b,11a,11bのパイロット一次圧を検出することになる。
【0022】
比例電磁弁10a,10b,11a,11bは電気式減圧弁であり、図4に示すような構造を有している。図中、150は入力ポート、151は出力ポート、152はタンクポート、153はスプール、154は内部通路、155は圧力室、156はソレノイドであり、入力ポート150にパイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧がパイロット一次圧として導かれ、出力ポート152からのパイロット二次圧(出力圧)が流量制御弁5a,5bの油圧駆動部50a,50b;51a,51bに与えられ、ソレノイド156に制御ユニット9からの電気信号が与えられる。
【0023】
ソレノイド156に与えられる電気信号の電流値がゼロの時は、ソレノイド156には電磁力は発生せず、内部通路154を介して圧力室155に伝えられるパイロット一次圧による付勢力Fpによりスプール154は図示右方に移動し、出力ポート151をタンクポート152に連通し、パイロット二次圧をタンク圧にする(フルクローズ)。ソレノイド156に与えられる電気信号の電流値がゼロでないときは、その電流値に応じた軸方向の力Fsが発生し、スプール153を図示左方に動かし、圧力室155により与えられる付勢力Fpとつりあった位置でスプール153は止まる。このとき、出力ポート151とタンクポート152の連通は遮断され、出力ポート151は入力ポート150と絞りを介して連通し、出力ポート151にはその絞りに応じて減圧された圧力が発生し、これがパイロット二次圧として出力される。また、圧力室155にはその出力ポート151の減圧された圧力(パイロット二次圧)が内部通路154を介して導かれ、付勢力Fpはパイロット二次圧に応じた値となっている。そして、ソレノイド156に与えられる電気信号の電流値が増加し、軸方向の力Fsが大きくなると、それに応じてスプール153は図示左方に動かされ、スプール153の絞りは弱くなって減圧の程度は小さくなり、出力ポート151に発生する圧力(パイロット二次圧)は増加する。ソレノイド156に与えられる電気信号の電流値が最大になると、スプール153は絞りが全く働かない位置まで動かされ(フルオープン)、出力ポート151に発生する圧力(パイロット二次圧)は入力ポート150の圧力(パイロット一次圧)と同じになる。
【0024】
設定器7は、操作パネルあるいはグッリプ上に設けられたスイッチ等の操作手段により設定信号を制御ユニット9に出力し侵入禁止領域の設定を指示するもので、操作パネル上には表示装置等、他の補助手段があってもよい。また、ICカードによる方法、バーコードによる方法、レーザによる方法、無線通信による方法等、他の方法を用いてもよい。
【0025】
制御ユニット9は図5に示すような制御機能を有している。すなわち、制御ユニット9は、侵入禁止領域演算部9a、フロント姿勢演算部9b、制限値記憶メモリ9c、減速制御演算部9d、最大シリンダ速度演算部9e、最大パイロット圧演算部9f、バルブ指令演算部9g、パイロット一次圧追従判定演算部9h、パイロット圧演算部9i、バルブ指令演算部9j、最小値判定演算部9k、電流出力部9mの各機能を有している。
【0026】
侵入禁止領域演算部9aでは、設定器7からの指示でフロント部材が侵入してはならない領域(侵入禁止領域)の設定演算を行う。その一例を図6を用いて説明する。
【0027】
図6において、フロント装置1Aには予め所定箇所に複数のモニターポイントP1〜P5が設定されており、オペレータの操作でフロント装置1Aを制限したい高さまでもってゆき、設定器7からの指示でそのときの各モニターポイントP1〜P5の高さP1z〜P5zを計算し、最も高い値を侵入禁止領域の境界の設定値とする。ここで、P1z〜P5zの値はフロント姿勢演算部9bにて計算される。
【0028】
フロント姿勢演算部9bでは、角度検出器8a〜8cで検出したブーム、アーム、バケットの回動角と、制御ユニット9の記憶装置に予め記憶した図6に示すようなフロント装置1A及び車体1Bの各部寸法LA1,LA2,LA3,LB1,LB2,LB3,LV1,LV2,LV3等のデータとを用いてフロント装置1Aの位置と姿勢を計算する。このとき、位置と姿勢は例えばブーム1aの回動支点を原点としたXZ座標系の座標値として求める。XZ座標系は本体1Bに固定した垂直面内にある直交座標系である。
【0029】
ここで、侵入禁止領域演算部9aでの設定演算を行うとき、フロント姿勢演算部9bは、各モニターポイントP1〜P5の値をXZ座標系のZ座標値として計算し、そのうちの最も大きな値を侵入禁止領域の境界の設定値(Z座標値=Pcz)とする。侵入禁止領域演算部9aで計算されたこの侵入禁止領域の境界の設定値(Z座標値=Pcz)は制限値記憶メモリ9cに記憶しておく。
【0030】
また、フロント姿勢演算部9bでは、上限制御による作業中にも各モニターポイントP1〜P5の位置を計算している。本実施形態では上限制御を行う際のモニターポイントはP1,P2,P5の3点とする。モニターポイントP1はブーム1aの曲がり部の頂点であり、モニターポイントP2はアーム1bの後端の上方端部であり、モニターポイントP5はバケット1cの回動中心(バケットピン)を中心にした半径LV1(バケットピンからバケット先端までの距離)の円の最高点である。このときも、各モニターポイントの位置はXZ座標系の値として求め、各モニターポイントの高さはXZ座標系のZ座標値として計算される。
【0031】
ここで、フロント姿勢演算部9bで計算されるモニターポイントP1〜P5のZ座標値は、回動角α,β,γから記憶装置に記憶した図6に示される各部寸法を用いて下記の式により求まる。
【0032】
減速制御演算部9dでは、フロント姿勢演算部9bで計算されたモニターポイントP1,P2,P5のZ座標値P1z,P2z,P5zと、制限値記憶メモリ9cに記憶した侵入禁止領域の境界の設定値Pczと、制御ユニット9の記憶装置に予め記憶しておいた減速領域の範囲を示す距離(以下、減速距離という)LU及び減速関数(後述)とから、ブームシリンダ3aの伸び方向と縮み方向、アームシリンダ3bの伸び方向と縮み方向に対する減速指令信号KBU1,KBD1,KAU1,KAD1を演算する。この演算内容を図7を参照して以下に説明する。
【0033】
まず、モニターポイントP1,P2,P5のZ座標値をP1z,P2z,P5zを比較し、最も大きいZ座標値と侵入禁止領域の境界の設定値Pczとの差を計算し、最も高い位置にあるモニターポイントと侵入禁止領域の境界との間の距離LMを計算する。図6ではモニターポイントP2が最も高い位置にあるとして距離LMが計算されている。次いで、この距離LMと減速距離LUとを比較し、LM>LUであれば最も高い位置にあるモニターポイントがまだ減速領域に入っていないので、減速指令信号KBU1,KBD1,KAU1,KAD1は全て1にする。LM≦LUであれば最も高い位置にあるモニターポイントが減速領域に入っていると判断し、下記の減速関数から減速指令信号KBU1,KBD1,KAU1,KAD1を演算する。
【0034】
KBU1=LM/LU
KBD1=1
KAU1=LM/LU
KAD1=LM/LU
上記の減速関数を図8に示す。この図から分かるように、ブームシリンダ3aの伸び方向に対する減速指令信号KBD1の減速関数、アームシリンダ3bの伸び後行及び縮み方向に対する減速指令信号KAU1,KAD1の減速関数は、減速距離LU以下で距離LMが小さくなるにしたがって減速指令信号が1から0まで直線的に小さくなるように設定されている。
【0035】
最大シリンダ速度演算部9eでは、予め制御ユニット9の記憶装置に記憶しておいたブームシリンダ3aの伸び方向及び縮み方向の最大シリンダ速度VBUmax,VBDmaxとアームシリンダ3bの伸び方向及び縮み方向の最大シリンダ速度VAUmax,VADmaxと、上記で計算した減速指令信号KBU1,KBD1及びKAU1,KAD1よりブームシリンダ3aの伸び、縮み動作の減速最大シリンダ速度VBUmaxc,VBDmaxcとアームシリンダ3bの伸び、縮み動作の減速最大シリンダ速度VAUmaxc,VADmaxcを演算する。この演算式を以下に示す。
【0036】
VBUmaxc=KBU1×VBUmax
VBDmaxc=KBD1×VBDmax
VAUmaxc=KAU1×VAUmax
VADmaxc=KAD1×VADmax
最大パイロット圧演算部9fでは最大シリンダ速度演算部9eで演算した減速最大シリンダ速度VBUmaxc,VBDmaxc,VAUmaxc,VADmaxcと予め制御ユニット9の記憶装置に記憶しておいた図9の(a),(b),(c)及び(d)に示すようなパイロット圧とシリンダ速度のテーブルよりブームシリンダ3aの伸び、縮み動作の減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxcと、アームシリンダ3bの伸び、縮み動作の減速最大パイッロト圧PAUmaxc,PADmaxcを演算する。
【0037】
バルブ指令演算部9gでは最大パイロット圧演算部9fで演算したPBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcと予め制御ユニット9の記憶装置に記憶しておいた図10に示すようなパイロット圧と電流値のテーブルより、ブームシリンダ3aの伸び、縮み動作、アームシリンダ3bの伸び、縮み動作の速度を規定する比例電磁弁10a,10b,11a,11bに対する第1指令電流値iBU1,iBD1,iAU1,iAD1を演算する。
【0038】
一方、パイロット一次圧追従判定演算部9hでは、減速制御演算部9dで計算した減速指令信号KBU1,KAU1,KAD1の各値、すなわちLM/LUが予め制御ユニット9の記憶部に記憶しておいた係数Ktr以下であるかどうかを判定し、LM/LUがKtr以下であるならば比例電磁弁の「スプールの付着現象」を防止するためのパイロット一次圧追従制御(後述)を行うと判定し、Ktrより大きいときは当該制御を行わないと判定する。
【0039】
ここで、Ktrはフロント装置1Aが侵入禁止領域の境界にどのくらい近づいたらパイロット一次圧追従制御を開始するを決めるための係数であり、Ktrが1より大きいときはモニターポイントが減速領域に達していない状態でパイロット一次圧追従制御を開始し、Ktrが1以下ではモニターポイントが減速領域に達した状態でパイロット一次圧追従制御を開始することになる。ここで、Ktrが1よりあまり大き過ぎると、モニターポイントが減速領域に達する可能性がないのにパイロット一次圧追従制御が開始されてしまい、比例電磁弁が不必要に絞られ通常の作業に支障を生じることがある(後述)。また、Ktrが1より小さすぎ、0に近くなると、侵入禁止領域の境界の直前でパイロット一次圧追従制御が開始され、当該制御が有効に働かなくなる場合がある。Ktrはそれらの兼ね合いで決められ、通常はモニターポイントが減速領域に達すると同時に開始することが好ましいことから、Ktr=1又は1付近の値に設定される。以下において、本実施形態ではKtr=1に設定したものとして説明する。
【0040】
パイロット圧演算部9iでは、パイロット一次圧追従判定演算部9hで、LM/LU≦Ktrでパイロット一次圧追従制御を開始すると判定されると、圧力検出器60a,60b;61a,61bで検出した比例電磁弁10a,10b,11a,11bのパイロット一次圧(パイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧)をパイロット圧PBU,PBD,PAU,PADとする演算を行い、LM/LU>Ktrでパイロット一次圧追従制御を開始しないと判定されると、制御ユニット9の記憶装置に予め記憶したおいてパイロットポンプ43のパイロット元圧、すなわち操作パイロット圧として供給され得る最大圧力をパイロット圧PBU,PBD,PAU,PADとする演算を行う。
【0041】
バルブ指令演算部9jでは、バルブ指令演算部9gと同様に、図10に示すパイロット圧と電流値のテーブルより、パイロット圧PBU,PBD,PAU,PADを得るための比例電磁弁10a,10b,11a,11bに対する第2指令電流値iBU2,iBD2,iAU2,iAD2を演算する。
【0042】
最小値判定演算部9kでは、ブームシリンダ3aの伸び、縮み動作、アームシリンダ3bの伸び、縮み動作の速度を規定する比例電磁弁10a,10b,11a,11bに対する出力用の指令電流値iBU,iBD,iAU,iADを以下の式に従って決定する。
【0043】
iBU=min(iBU1,iBU2)
iBD=min(iBD1,iBD2)
iAU=min(iAU1,iAU2)
iAD=min(iAD1,iAD2)
なお、第1指令電流値と第2指令電流値が等しい(iBU1=iBU2,iBD1=iBD2,iAU1=iAU2,iAD1=iAD2)ときはそのいずれか一方、例えば第1指令電流値を出力用の指令電流値にするものとして予め決めておく。
【0044】
電流出力部9mでは、iBU,iBD,iAU,iADに応じた電流値を電気信号として比例電磁弁10a,10b,11a,11bに出力する。
【0045】
ここで、減速制御演算部9dで計算される減速指令信号がKBD=1、KBU=1、KAD=1、KAU=1のときに最大パイロット圧演算部9fで演算される減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcは操作パイロット圧の最大圧力(パイロットポンプ元圧)に設定されており、減速制御演算部9dでパイロット一次圧追従制御をしないと判定されたときにパイロット圧演算部9iで計算されるパイロット圧PBU,PBD,PAU,PADと同じである。このため、KBD=1、KBU=1、KAD=1、KAU=1のときの第1指令電流値iBU1,iBD1,iAU1,iAD1とパイロット一次圧追従制御をしないと判定されたときの第2指令電流値iBU2,iBD2,iAU2,iAD2とは等しい。また、減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcをパイロット圧の最大圧力にするときの指令電流値iBU,iBD,iAU,iADは比例電磁弁10a,10b,11a,11bをフルオープンにする電流値である。
【0046】
一方、KBD=0、KBU=0、KAD=0、KAU=0のときは減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcを0にすることであり、このときの指令電流値iBU,iBD,iAU,iADは比例電磁弁10a,10b,11a,11bをフルクローズにする電流値である。
【0047】
以上の制御の流れを図11及び図12にフローチャートとして示す。
【0048】
図11において、手順400,410はフロント姿勢演算部9bに相当し、手順200,500〜530は減速制御演算部9dに相当し、手順540は最大シリンダ速度演算部9eに相当し、手順600〜620は最大パイロット圧演算部9fに相当し、手順700はバルブ指令演算部9gに相当する。また、図12において、手順800はパイロット一次圧追従判定演算部9hに相当し、手順900〜920はパイロット圧演算部9iに相当し、手順1000はバルブ指令演算部9jに相当し、手順1100は最小値判定演算部9kに相当し、手順1200,1210は電流出力部9mに相当する。なお、図11において、手順300〜320は安全のための初期設定である。
【0049】
また、以上において、比例電磁弁10a,10b又は11a,11bはパイロット操作装置4a,4bとこれに対応する流量制御弁5a又は5bとの間に設けられ、パイロット操作装置4a又は4bから出力された操作パイロット圧を減圧して出力する電気式減圧弁を構成し、圧力検出器60a,60b又は61a,61bは電気式減圧弁10a,10b又は11a,11bのパイロット一次圧を検出する検出手段を構成し、制御ユニットの9のパイロット一次圧追従判定演算部9h、パイロット圧演算部9i、バルブ指令演算部9jはモニターポイントがフロント装置を減速させる減速領域へ到達する際に電気式減圧弁へ出力する指令電流値を検出手段で検出されたパイロット一次圧に追従させる出力補正手段を構成する。
【0051】
次に、以上のように構成した本実施例の動作を説明する。フロント装置1Aを上方に動かそうとしてオペレータがブーム用及びアーム用のパイロット操作装置4a,4bの操作レバーをそれぞれブーム上げ方向及びアームダンプ方向に操作すると、ブーム上げ側のパイロットライン44a及びアームダンプ側のパイロットライン45bに操作パイロット圧が生成され、油圧制御弁5a,5bが駆動され、フロント部材であるブーム1a及びアーム1bが動かされる。ブーム1a、アーム1b及びバケット1cの各関節角は位置検出手段である角度検出器8a〜8cにより検出され、その検出信号が制御ユニット9のフロント姿勢演算部9bに入力される。フロント姿勢演算部9bではこの入力信号によりモニターポイントP1〜P5の位置を演算し、減速制御演算部9dでは、フロント姿勢演算部9bで計算されたモニターポイントP1,P2,P5のZ座標値P1z,P2z,P5zのうち最も大きいZ座標値と制限値記憶メモリ9cに記憶した侵入禁止領域の境界の設定値Pczとの差から、最も高い位置にあるモニターポイント、例えばモニターポイントP2と侵入禁止領域の境界との間の距離LMを計算し、更にこの距離LMと減速距離LUとを比較して最も高い位置にあるモニターポイントP2が減速領域に入っているか判断する。
【0052】
このとき、フロント装置1Aがまだ高く上がっておらず、モニターポイントP2が侵入禁止領域から遠いときは、LM>LUであるので、減速制御演算部9dではモニターポイントP2が減速領域に入っていないと判断し、KBU1=1,KBD1=1,KAU1=1,KAD1=1の減速指令信号を生成する。
【0053】
一方、このとき、パイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧は(比例電磁弁10a,11bのパイロット一次圧)は圧力検出器60a,61bにより検出され、その検出信号が制御ユニット9のパイロット圧演算部9jに入力される。また、制御ユニット9において、パイロット一次圧追従判定演算部9hは、減速制御演算部9dで計算したLM/LUがKtr(=1)以下であるかどうかでパイロット一次圧追従制御を行うかどうかを判定する。今は、LM>LUであるのでLM/LU>1であるので、LM/LUはKtrより大きく、パイロット一次圧追従制御を行わないと判定し、パイロット圧演算部9iでは、操作パイロット圧の最大圧力をパイロット圧PBU,PBD,PAU,PADとする演算を行い、バルブ指令演算部9g,9jでは第1指令電流値iBU1,iBD1,iAU1,iAD1及び第2指令電流値iBU2,iBD2,iAU2,iAD2がそれぞれ同じ値として計算され、最小値判定演算部9kではそれらの一方、例えば第1指令電流値が選択されて指令電流値iBU,iBD,iAU,iADとなり、比例電磁弁10a,10b,11a,11bをフルオープンする。これによりブーム用の油圧制御弁5a及びアーム用の油圧制御弁5bにはパイロット操作装置4a,4bで生成された操作パイロット圧が比例電磁弁10a,10b,11a,11bで大きな抵抗を受けることなくそのまま伝達され、フロント装置1Aをオペレータの操作通りに動かすことができる。
【0054】
フロント装置1Aが上がり、最も高い位置にあるモニターポイントP2が減速領域に到達すると、減速制御演算部9dではLM≦LUとなるのでモニターポイントP2が減速領域に入ったと判断され、距離LMに従って図8に示す減速関数から1より小さい減速指令信号KBU1,KAU1,KAD1が生成される。
【0055】
一方、制御ユニット9のパイロット一次圧追従判定演算部9hでは、LM/LU≦1となってLM/LUはKtr以下で、パイロット一次圧追従制御を行うと判定され、パイロット圧演算部9iでは、圧力検出器60a,60b;61a,61bで検出した比例電磁弁10a,10b,11a,11bのパイロット一次圧(パイロット操作装置4a,4bから出力された操作パイロット圧)をパイロット圧PBU,PBD,PAU,PADとする演算を行う。そして、最小値判定演算部9kでは、比例電磁弁10a,10b,11a,11bのパイロット一次圧が最大パイロット圧演算部9fで計算された減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcより小さい間は、当該パイロット一次圧に相当する第2指令電流値iBU2,iBD2,iAU2,iAD2を出力用の指令電流値iBU,iBD,iAU,iADとし、減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcが比例電磁弁10a,10b,11a,11bのパイロット一次圧より小さくなると、第1指令電流値iBU1,iBD1,iAU1,iAD1を出力用の指令電流値iBU,iBD,iAU,iADとする。
【0056】
このため、比例電磁弁10a,10b,11a,11bのパイロット一次圧が減速最大パイロット圧PBUmaxc,PBDmaxc,PAUmaxc,PADmaxcより小さい間は、比例電磁弁10a,10b,11a,11bは当該パイロット一次圧と同じパイロット二次圧が得られるよう絞られる。本願明細書ではこのことを「パイロット一次圧追従制御」という。このようなパイロット一次圧追従制御により、ブーム用の油圧制御弁5a及びアーム用の油圧制御弁5bにはパイロット操作装置4a,4bで生成された操作パイロット圧がほぼそのまま伝達される。
【0057】
そして、減速最大パイロット圧PBUmaxc,PADmaxcが比例電磁弁10a,11bのパイロット一次圧より小さくなると、比例電磁弁10a,11bは減速制御の第1減速指令信号iBU1,iAD1に応じて絞られ、ブーム上げとアームダンプの動作速度が減じられる。また、このように減速制御に移行するとき、その前までは上記のようにパイロット一次圧追従制御の第2指令電流値iBU2,iBD2,iAU2,iAD2により比例電磁弁10a,11bは絞られているので、比例電磁弁の「スプールの付着現象」に影響されずに、滑らかにブーム上げとアームダンプの動作速度を減じることができる。
【0058】
フロント装置1Aが更に上昇し、モニターポイントP2が侵入禁止領域に到達すると、減速制御演算部9dでKBU=0,KAU=0,KAD=0の減速指令信号が生成され、比例電磁弁10a,11a,11bをフルクローズし、ブーム及びアームを停止させる。これによりフロント装置1Aが停止する。
【0059】
比例電磁弁の「スプールの付着現象」及び「パイロット一次圧追従制御」によりその影響が回避される様子を図13により更に説明する。図13(a)は本発明のパイロット一次圧追従制御を行わなかった場合であり、図13(b)パイロット一次圧追従制御を行った場合である。
【0060】
図13(a)において、パイロット操作装置から出力された操作パイロット圧(比例電磁弁のパイロット一次圧)が最大パイロット圧より小さい場合には、距離LMがLU以下となり減速制御に移行するとき、比例電磁弁のパイロット一次圧に対して減速制御の指令電流値(バルブ指令演算部9gの指令電流値)が大き過ぎる期間が発生する。この間、本発明のパイロット一次圧追従制御を行わない場合は、比例電磁弁に対する出力用の指令電流値の圧力換算値がパイロット一次圧より大きくなり、比例電磁弁のスプール153(図4参照)がソレノイド156(同)とは反対の面に強く押し付けられる状態となり、指令電流値の圧力換算値がパイロット一次圧より小さくなり、減圧し始めようとしても、すぐにはスプール153は移動せず、一瞬動きが悪くなってしまう。すなわち、「スプールの付着現象」が生じる。この現象が起こると、いくら電流値を低くして減圧しようとしても、図13(a)にXで示すように一瞬減圧が遅れ、減速制御の開始が遅れ、見かけ上、減速距離が短くなったことと同じことになり、このため場合によってはアクチュエータが停止するときに大きな衝撃が生じ、オペレータに不快感を与えることになる。また、バケットに荷を積んでいる場合には、積み荷をこぼしてしまう可能性がある。
【0061】
これに対して、本発明では、図13(b)に示すように、比例電磁弁のパイロット一次圧に対して減速制御の指令電流値(バルブ指令演算部9gの指令電流値)が大き過ぎる間、当該パイロット一次圧に相当する第2指令電流値(バルブ指令演算部9jの指令電流値)が計算されてこの第2指令電流値が比例電磁弁に出力されるので、比例電磁弁に対する出力用の指令電流値の圧力換算値はパイロット一次圧とほぼ同じとなり、パイロット一次圧に対して指令電流値が大きくなり過ぎることがなく、「スプールの付着現象」の影響が緩和される。したがって、比例電磁弁による減圧動作がスムーズに行われ、アクチュエータを滑らかに停止させることができる。
【0062】
また、モニターポイントと侵入禁止領域との距離LMがKtrで決まる所定値(本実施形態ではKtr=1で、LM=減速距離LU)以下になる前は、最大パイロット圧に相当する第1指令電流値又は第2指令電流値が出力されるので、比例電磁弁はフルオープンされ、パイロット操作装置で生成された操作パイロット圧は比例電磁弁でほとんど抵抗を受けることなく油圧制御弁に伝えられ、比例電磁弁がないかのようにフロント装置を動かすことができる。
【0063】
以上のように本実施形態によれば、モニターポイントが侵入禁止領域に近づくと徐々にフロント装置の動作速度が減じられ、侵入禁止領域直前でフロント装置の動作速度がゼロになるので、フロント部材が侵入禁止領域に侵入することがない。
【0064】
また、モニターポイントと侵入禁止領域との距離に応じて計算された減速制御の第1指令電流値と、比例電磁弁のパイロット一次圧に相当する第2指令電流値の小さい方を選択して出力するので、減速制御を行う際、比例電磁弁のパイロット一次圧に対して電流値が大きくなり過ぎることがなく、「スプールの付着現象」の影響が緩和される。したがって、比例電磁弁による減圧動作がスムーズに行われ、アクチュエータを滑らかに停止させることができる。このため、停止時の衝撃によりオペレータに不快感を与えない。また、荷こぼれも防ぐことができる。
【0065】
更に、モニターポイントと侵入禁止領域との距離が減速距離LU以下になる前は、比例電磁弁はフルオープンになるので、比例電磁弁がないかのようにフロント装置を動かすことができる。
【0066】
なお、本発明の作業範囲制限制御装置は上述の実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。一例としてはフロント装置1Aの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段として回動角を検出する角度計を用いたが、シリンダのストロークを検出してもよい。また、侵入禁止領域を上方に設定した場合について説明したが、下方、前方に設定した場合についても同様である。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、電気式減圧弁の「スプールの付着現象」の影響を緩和することができるので、アクチュエータをスムーズに停止させることができ、停止時の衝撃によりオペレータに不快感を与えない。また、荷こぼれも防ぐことができる。
【0068】
また、本発明によれば、モニターポイントと侵入禁止領域との距離が所定値以下になる前は、比例電磁弁がないかのようにフロント装置を動かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による建設機械の作業範囲制限制御装置を油圧駆動装置と共に示す図である。
【図2】本発明が適用される油圧ショベルの外観を示す図である。
【図3】油圧パイロット方式の操作レバー装置の構成を示す図である。
【図4】比例電磁弁の構造を示す図である。
【図5】本実施形態の制御ユニットの制御機能を示す機能ブロック図である。
【図6】本実施形態の作業範囲制限制御で用いる座標系と領域の設定方法を示す図である。
【図7】本実施形態の作業範囲制限制御における侵入禁止領域と減速領域を示す図である。
【図8】減速制御演算におけるモニターポイントと侵入禁止領域との距離に対する減速指令信号の関係を示す図である。
【図9】最大パイロット圧演算部におけるパイロット圧とシリンダ速度の関係を示す図である。
【図10】バルブ指令演算部におけるパイロット圧と比例電磁弁に出力する電流値との関係を示す図である。
【図11】制御ユニットの処理内容を示すフローチャートである。
【図12】制御ユニットの処理内容を示すフローチャートである。
【図13】図13(a)は減速制御するときの「スプールの付着現象」の影響を示す図であり、図13(b)は本発明により減速制御するときの「スプールの付着現象」の影響の緩和を示す図である。
【符号の説明】
1A フロント装置
1B 車体
1a ブーム
1b アーム
1c バケット
2 油圧ポンプ
3a ブームシリンダ
3b アームシリンダ
4a〜4f 操作レバー装置
5a〜5f 流量制御弁
7 設定器
8a〜8c 角度検出器(位置検出手段)
9 制御ユニット
9a 侵入禁止領域演算部
9b フロント姿勢演算部
9c 制限値記憶メモリ
9d 減速制御演算部
9e 最大シリンダ速度演算部
9f 最大パイロット圧演算部
9g バルブ指令演算部
9h パイロット一次圧追従判定演算部
9i パイロット圧演算部
9j バルブ指令演算部
9k 最小値判定演算部
9m 電流出力部
10a〜11b 比例電磁弁(電気式減圧弁)
50a〜55b 油圧駆動部
60a,60b,61a,61b 圧力検出器[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a work range restriction control device for a construction machine such as a hydraulic excavator.
[0002]
[Prior art]
In a hydraulic excavator, a boom is attached to a front portion of an upper swing body, and an arm and a bucket are sequentially connected to the tip of the boom to constitute a working front device. And excavation loading work etc. are performed by operating the refraction work movement of the above-mentioned front device.
[0003]
When working with such a hydraulic excavator, there may be obstacles above and below depending on the work site. For example, electric wires are used for outdoor work, and ceilings and the like are used for indoor work. Moreover, in the excavation work when a gas pipe or a water pipe is in the ground, these become obstacles below. The operator needs to pay close attention not to touch or catch parts such as bucket toes during operation.
[0004]
In order to solve such a problem, an invention as described in JP-A-3-208923 and JP-B-6-19165 has been made. In the invention described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-208923, an intrusion prohibition area of the front device is set in advance above, a deceleration area of the actuator is set below the intrusion prohibition area, When the part at the maximum height enters this deceleration area, the discharge rate of the hydraulic pump is reduced to reduce the operating speed of the actuator, and when reaching the entry prohibition area, the pilot pressure is cut off and the actuator operation is stopped. Thus, a part of the work machine is prevented from coming into contact with an upper obstacle.
[0005]
In addition, the invention described in Japanese Patent Publication No. 6-19165 reduces the operating pilot pressure between the pilot operating device and the flow control valve operated by the operating pilot pressure output from the pilot operating device. An electric pressure reducing valve is provided for output, and when the boom rises to a set height, an electric signal for depressurizing the electric pressure reducing valve is output to reduce the operating pilot pressure and stop the boom from rising. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In Japanese Examined Patent Publication No. 6-19165, the operation pilot pressure is reduced using the electric pressure reducing valve as described above, and when the boom rises to a set height, the rise of the boom is stopped. Further, if the electric pressure reducing valve described in Japanese Patent Publication No. 6-19165 is used in the invention of Japanese Patent Laid-Open No. 3-208923, the electric type is adjusted according to the distance between the boom and the set height (intrusion prohibited area). By adjusting the electric signal given to the pressure reducing valve, when the boom approaches the set height, the degree of pressure reduction by the electric pressure reducing valve is increased, the operating speed of the actuator is lowered, and the operating speed of the boom can be reduced. However, when performing deceleration control using an electric pressure reducing valve in this way, there are the following problems.
[0007]
When an electric pressure reducing valve is placed between the pilot operating device and the flow control valve, the operating pilot pressure output from the pilot operating device is inadvertently reduced, causing a reduction in the actuator speed that does not match the operator's will. There must be no. For this reason, the electric pressure reducing valve is usually electrically operated so that the hydraulic pressure of the pilot pump that is the hydraulic pressure source of the pilot operating device (pilot pump original pressure) can be always supplied to the flow control valve unless necessary. The maximum current flows as the current value of the signal, and the valve is fully open. Then, for example, when the boom approaches the set height or depth, the current value of the electric signal is gradually decreased, the pressure reducing valve is closed, the actuator speed is gradually decreased, and finally the operation is smoothly stopped.
[0008]
However, the electrical pressure reducing valve has a characteristic that when the current value is large relative to the applied pilot primary pressure (operating pilot pressure output from the pilot operating device), the spool is strongly pressed against the surface opposite to the solenoid. Thus, even if the spool moves to the solenoid side and tries to start depressurization, the spool does not move immediately, and the movement often deteriorates for a moment. In this specification, a phenomenon in which the movement is deteriorated by pressing the spool against one side is referred to as a “spool adhesion phenomenon”. If this phenomenon occurs, no matter how much the current value is lowered and the pilot pilot pressure is reduced, the pressure reduction is delayed for a moment, so the start of the deceleration control is delayed, which appears to be the same as the deceleration distance is shortened. In some cases, a large impact is generated when the actuator is stopped, which makes the operator uncomfortable. Moreover, when the bucket is loaded, there is a possibility of spilling the load.
[0009]
An object of the present invention is to provide a construction machine working range restriction control device capable of smoothly reducing the speed of an actuator and stopping it without being influenced by the “spool adhesion phenomenon” of an electric pressure reducing valve.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is, an articulated front device configured by a plurality of front members that can rotate in the vertical direction, a plurality of hydraulic actuators that drive the plurality of front members, and an operation of the plurality of front members are instructed.By operating pilot pressure output from the operating deviceA plurality of flow control valves that are driven and control flow rates of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators;An electric pressure reducing valve that is provided between the operating device and at least one flow control valve corresponding to the operating device, and that reduces and outputs an operating pilot pressure output from the operating device,Pre-set for the front devicedidDepending on the distance between the monitor point and the preset intrusion prohibited areaFingerCalculate the command current valueFor the electric pressure reducing valveOutputAndWhen the monitor point approaches the intrusion prohibited area, the front device is decelerated.LetWhen the intrusion prohibited area is reached, the front device is stopped.Do controlIn the construction machine work range restriction control device,PreviousDetection means for detecting the pilot primary pressure of the electric pressure reducing valveIs provided between the operating device and the electric pressure reducing valve, and the detection means detects a command current value to be output to the electric pressure reducing valve when the monitor point reaches a deceleration region for decelerating the front device. Output correction means for following the pilot primary pressure.
[0011]
In the present invention configured as described above, when the monitor point approaches the intrusion prohibited area and the distance between the monitor point and the intrusion prohibited area decreases,For example,A first command current value that decreases as the distance decreases, and the output correction means calculates a second command current value corresponding to the pilot primary pressure detected by the detection means, and the first and second command currents are calculated. The smaller value is output as an electric signal to the electric pressure reducing valve. As a result, the first command current value is selected when the front device approaches the intrusion prohibition region beyond the distance where the first command current value is smaller than the second command current value. The operation speed of the actuator is reduced, and when the intrusion prohibited area is reached, the operation speed of the actuator becomes zero and the front device stops.
[0012]
Also, when the monitor point reaches the deceleration area (for details,Until the first command current value becomes smaller than the second command current valueHa)A second command current value corresponding to the pilot pressure primary pressure is output as an electrical signal.(Pilot primary pressure tracking control)Therefore, the command current value does not become too large with respect to the pilot primary pressure of the electric pressure reducing valve, and the spool of the electric pressure reducing valve moves quickly when shifting to the deceleration control as described above, ”Will be mitigated. Therefore, the pressure reducing operation by the electric pressure reducing valve is smoothly performed, and the actuator can be smoothly stopped.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to a hydraulic excavator will be described with reference to FIGS. This embodiment is for the case where the upper range restriction control is performed.
[0017]
In FIG. 1, a hydraulic excavator to which the present invention is applied includes a hydraulic pump 2, a boom cylinder 3a, an
[0018]
As shown in FIG. 2, the hydraulic excavator includes an articulated front device 1A including a
[0019]
The operation lever devices 4a to 4f output pilot pressure as operation signals and drive the corresponding flow control valves 5a to 5f.OilPressure pilot systemOperating device (pilot operating device)As shown in FIG. 3, each is constituted by an
[0020]
For example, in the pilot operating device 4a for the boom, when the operating
[0021]
The above-described hydraulic excavator is provided with a work range restriction control device according to the present embodiment. This work range restriction control device has a setting device 7 for instructing an area (invasion prohibition area) where the front member should not enter in advance according to work, and each rotation of the
[0022]
The
[0023]
When the current value of the electrical signal applied to the solenoid 156 is zero, no electromagnetic force is generated in the solenoid 156, and the
[0024]
The setting device 7 outputs a setting signal to the
[0025]
The
[0026]
The intrusion prohibited area calculation unit 9a performs setting calculation of an area (intrusion prohibited area) where the front member should not enter in accordance with an instruction from the setting device 7. An example of this will be described with reference to FIG.
[0027]
In FIG. 6, a plurality of monitor points P1 to P5 are set in advance in a predetermined position on the front device 1A. The operator wants to limit the front device 1A by the operation of the operator. The heights P1z to P5z of the monitor points P1 to P5 are calculated, and the highest value is set as the set value of the boundary of the intrusion prohibited area. Here, the values of P1z to P5z are calculated by the front posture calculation unit 9b.
[0028]
In the front posture calculation unit 9b, the rotation angles of the boom, arm, and bucket detected by the
[0029]
Here, when performing the setting calculation in the intrusion prohibition area calculation unit 9a, the front posture calculation unit 9b calculates the values of the monitor points P1 to P5 as the Z coordinate values of the XZ coordinate system, and the largest value among them is calculated. A set value (Z coordinate value = Pcz) of the boundary of the intrusion prohibited area is used. The set value (Z coordinate value = Pcz) of the boundary of the intrusion prohibited area calculated by the intrusion prohibited area calculation unit 9a is stored in the limit value storage memory 9c.
[0030]
Further, the front posture calculation unit 9b calculates the positions of the monitor points P1 to P5 even during work by upper limit control. In the present embodiment, there are three monitor points P1, P2, and P5 when performing the upper limit control. The monitor point P1 is the apex of the bent portion of the
[0031]
Here, the Z coordinate values of the monitor points P1 to P5 calculated by the front posture calculation unit 9b are expressed by the following formulas using the dimensions shown in FIG. 6 stored in the storage device from the rotation angles α, β, and γ. It is obtained by.
[0032]
In the deceleration control calculation unit 9d, the Z coordinate values P1z, P2z, and P5z of the monitor points P1, P2, and P5 calculated by the front posture calculation unit 9b and the set value of the boundary of the intrusion prohibition area stored in the limit value storage memory 9c. From the Pcz, a distance indicating the range of the deceleration area previously stored in the storage device of the control unit 9 (hereinafter referred to as a deceleration distance) L U and a deceleration function (described later), the extension direction and the contraction direction of the boom cylinder 3a, Deceleration command signals KBU1, KBD1, KAU1, and KAD1 for the extension direction and the contraction direction of the
[0033]
First, the Z coordinate values of the monitor points P1, P2 and P5 are compared with P1z, P2z and P5z, and the difference between the largest Z coordinate value and the set value Pcz of the boundary of the intrusion prohibited area is calculated, and is at the highest position. The distance LM between the monitor point and the boundary of the intrusion prohibited area is calculated. In FIG. 6, the distance LM is calculated on the assumption that the monitor point P2 is at the highest position. Next, the distance LM is compared with the deceleration distance LU, and if LM> LU, the highest monitoring point has not yet entered the deceleration region, so the deceleration command signals KBU1, KBD1, KAU1, and KAD1 are all 1. To. If LM ≦ LU, it is determined that the monitor point at the highest position is in the deceleration region, and deceleration command signals KBU1, KBD1, KAU1, and KAD1 are calculated from the following deceleration function.
[0034]
KBU1 = LM / LU
KBD1 = 1
KAU1 = LM / LU
KAD1 = LM / LU
The deceleration function is shown in FIG. As can be seen from the figure, the deceleration function of the deceleration command signal KBD1 with respect to the extending direction of the boom cylinder 3a and the deceleration function of the deceleration command signals KAU1 and KAD1 with respect to the following and contracting directions of the
[0035]
In the maximum cylinder
[0036]
VBUmaxc = KBU1 × VBUmax
VBDmaxc = KBD1 × VBDmax
VAUmaxc = KAU1 × VAUmax
VADmaxc = KAD1 × VADmax
In the maximum pilot pressure calculation section 9f, the maximum deceleration cylinder speeds VBUmaxc, VBDmaxc, VAUmaxc, VADmaxc calculated by the maximum cylinder
[0037]
In the valve
[0038]
On the other hand, in the pilot primary pressure follow-up
[0039]
Here, Ktr is a coefficient for determining how far the front apparatus 1A approaches the boundary of the intrusion prohibition region to start the pilot primary pressure follow-up control. When Ktr is greater than 1, the monitor point does not reach the deceleration region. In this state, pilot primary pressure tracking control is started. When Ktr is 1 or less, pilot primary pressure tracking control is started in a state where the monitor point reaches the deceleration region. Here, if Ktr is too large, the pilot primary pressure follow-up control is started even though the monitor point may not reach the deceleration region, and the proportional solenoid valve is throttled unnecessarily, which hinders normal work. May occur (described later). If Ktr is too small and close to 0, pilot primary pressure tracking control is started immediately before the boundary of the intrusion prohibited region, and the control may not work effectively. Ktr is determined by the balance between them, and normally it is preferable to start as soon as the monitor point reaches the deceleration region, so Ktr = 1 or a value near 1 is set. In the following description, in this embodiment, it is assumed that Ktr = 1 is set.
[0040]
In the pilot pressure calculation unit 9i, when the pilot primary pressure follow-up
[0041]
In the valve command calculation unit 9j, similarly to the valve
[0042]
The minimum value determination calculation unit 9k outputs command current values iBU and iBD for output to the
[0043]
iBU = min (iBU1, iBU2)
iBD = min (iBD1, iBD2)
iAU = min (iAU1, iAU2)
iAD = min (iAD1, iAD2)
When the first command current value is equal to the second command current value (iBU1 = iBU2, iBD1 = iBD2, iAU1 = iAU2, iAD1 = iAD2), for example, the first command current value is used as an output command. The current value is determined in advance.
[0044]
The current output unit 9m outputs a current value corresponding to iBU, iBD, iAU, iAD to the
[0045]
Here, the deceleration maximum pilot pressure PBUmaxc calculated by the maximum pilot pressure calculation unit 9f when the deceleration command signal calculated by the deceleration control calculation unit 9d is KBD = 1, KBU = 1, KAD = 1, KAU = 1. PBDmaxc, PAUmaxc, and PADmaxc are set to the maximum operating pilot pressure (pilot pump source pressure), and are calculated by the pilot pressure calculation unit 9i when it is determined by the deceleration control calculation unit 9d that the pilot primary pressure tracking control is not performed. The pilot pressures PBU, PBD, PAU and PAD are the same. Therefore, the first command current value iBU1, iBD1, iAU1, iAD1 when KBD = 1, KBU = 1, KAD = 1, KAU = 1 and the second command when it is determined not to perform pilot primary pressure tracking control. The current values iBU2, iBD2, iAU2, and iAD2 are equal. The command current values iBU, iBD, iAU, iAD when the maximum deceleration pilot pressures PBUmaxc, PBDmaxc, PAUmaxc, PADmaxc are set to the maximum pilot pressure are currents that fully open the
[0046]
On the other hand, when KBD = 0, KBU = 0, KAD = 0, KAU = 0, the maximum deceleration pilot pressures PBUmaxc, PBDmaxc, PAUmaxc, PADmaxc are set to 0, and the command current values iBU, iBD, iAU at this time , IAD is a current value for fully closing the
[0047]
The above control flow is shown as a flowchart in FIGS.
[0048]
In FIG. 11,
[0049]
In the above, the
[0051]
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. When the operator operates the operation levers of the boom and arm pilot operation devices 4a and 4b in the boom raising direction and the arm dump direction, respectively, to move the front device 1A upward, the boom raising side pilot line 44a and the arm dump side An operation pilot pressure is generated in the pilot line 45b, the hydraulic control valves 5a and 5b are driven, and the
[0052]
At this time, when the front device 1A is not yet raised and the monitor point P2 is far from the intrusion prohibited area, LM> LU, so that the monitor point P2 is not in the deceleration area in the deceleration control calculation unit 9d. Judgment is made, and a deceleration command signal of KBU1 = 1, KBD1 = 1, KAU1 = 1, KAD1 = 1 is generated.
[0053]
On the other hand, the operating pilot pressure (pilot primary pressure of the
[0054]
When the front device 1A is raised and the monitor point P2 at the highest position reaches the deceleration region, the deceleration control calculation unit 9d determines that LM ≦ LU, so that the monitor point P2 has entered the deceleration region. The deceleration command signals KBU1, KAU1, and KAD1 smaller than 1 are generated from the deceleration function shown in FIG.
[0055]
On the other hand, in the pilot primary pressure follow-up
[0056]
For this reason, while the pilot primary pressures of the
[0057]
When the maximum deceleration pilot pressures PBUmaxc and PADmaxc are smaller than the pilot primary pressures of the
[0058]
When the front device 1A further rises and the monitor point P2 reaches the intrusion prohibited region, the deceleration control calculation unit 9d generates deceleration command signals of KBU = 0, KAU = 0, KAD = 0, and the
[0059]
The manner in which the influence is avoided by the “spool adhesion phenomenon” and “pilot primary pressure tracking control” of the proportional solenoid valve will be further described with reference to FIG. FIG. 13A shows a case where the pilot primary pressure tracking control of the present invention is not performed, and FIG. 13B shows a case where the pilot primary pressure tracking control is performed.
[0060]
In FIG. 13 (a), when the operating pilot pressure (pilot primary pressure of the proportional solenoid valve) output from the pilot operating device is smaller than the maximum pilot pressure, the distance LM is equal to or less than LU, and when the shift to deceleration control is performed, There occurs a period in which the command current value of the deceleration control (command current value of the valve
[0061]
On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 13 (b), while the command current value of the deceleration control (command current value of the valve
[0062]
In addition, before the distance LM between the monitor point and the intrusion prohibition area becomes equal to or less than a predetermined value determined by Ktr (in this embodiment, Ktr = 1, LM = deceleration distance LU), the first command current corresponding to the maximum pilot pressure Value or the second command current value is output, the proportional solenoid valve is fully opened, and the pilot operating pressure generated by the pilot operating device is transmitted to the hydraulic control valve with almost no resistance by the proportional solenoid valve. The front device can be moved as if there is no solenoid valve.
[0063]
As described above, according to the present embodiment, when the monitor point approaches the intrusion prohibited area, the operating speed of the front device is gradually reduced, and the operating speed of the front apparatus becomes zero immediately before the intrusion prohibited area. No entry into the intrusion prohibited area.
[0064]
Further, the smaller one of the first command current value of the deceleration control calculated according to the distance between the monitor point and the intrusion prohibited area and the second command current value corresponding to the pilot primary pressure of the proportional solenoid valve is selected and output. Therefore, when the deceleration control is performed, the current value does not become excessively large with respect to the pilot primary pressure of the proportional solenoid valve, and the influence of the “spool adhesion phenomenon” is mitigated. Therefore, the pressure reducing operation by the proportional solenoid valve is performed smoothly, and the actuator can be stopped smoothly. For this reason, an operator does not feel uncomfortable due to an impact at the time of stopping. In addition, spillage can be prevented.
[0065]
Further, the proportional solenoid valve is fully opened before the distance between the monitor point and the intrusion prohibited area becomes equal to or less than the deceleration distance L U, so that the front device can be moved as if there is no proportional solenoid valve.
[0066]
The work range restriction control device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. As an example, an angle meter that detects a rotation angle is used as means for detecting a state quantity related to the position and orientation of the front device 1A, but a stroke of a cylinder may be detected. Moreover, although the case where the intrusion prohibited area is set upward has been described, the same applies to the case where it is set downward and forward.
[0067]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the influence of the “spool adhesion phenomenon” of the electric pressure reducing valve can be alleviated, the actuator can be smoothly stopped, and the operator does not feel uncomfortable due to the impact at the time of stopping. In addition, spillage can be prevented.
[0068]
Further, according to the present invention, the front device can be moved as if there is no proportional solenoid valve before the distance between the monitor point and the intrusion prohibited area becomes equal to or less than a predetermined value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a construction machine working range restriction control device according to an embodiment of the present invention, together with a hydraulic drive device.
FIG. 2 is a diagram showing an external appearance of a hydraulic excavator to which the present invention is applied.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a hydraulic pilot type operation lever device;
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a proportional solenoid valve.
FIG. 5 is a functional block diagram showing a control function of the control unit of the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a coordinate system and a region setting method used in the work range restriction control of the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an entry prohibition area and a deceleration area in the work range restriction control of the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship of a deceleration command signal with respect to a distance between a monitor point and an entry prohibition area in a deceleration control calculation.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between pilot pressure and cylinder speed in a maximum pilot pressure calculation unit.
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a pilot pressure and a current value output to a proportional solenoid valve in a valve command calculation unit.
FIG. 11 is a flowchart showing processing contents of the control unit.
FIG. 12 is a flowchart showing processing contents of a control unit.
FIG. 13A is a diagram showing the influence of the “spool adhesion phenomenon” when the deceleration control is performed, and FIG. 13B is a diagram of the “spool adhesion phenomenon” when the deceleration control is performed according to the present invention. It is a figure which shows relaxation of an influence.
[Explanation of symbols]
1A Front device
1B body
1a boom
1b arm
1c bucket
2 Hydraulic pump
3a Boom cylinder
3b Arm cylinder
4a-4f Operation lever device
5a-5f Flow control valve
7 Setting device
8a to 8c Angle detector (position detection means)
9 Control unit
9a Intrusion prohibited area calculation section
9b Front posture calculator
9c Limit value storage memory
9d Deceleration control calculation unit
9e Maximum cylinder speed calculator
9f Maximum pilot pressure calculator
9g Valve command calculator
9h Pilot primary pressure tracking determination calculation unit
9i Pilot pressure calculator
9j Valve command calculator
9k Minimum value judgment calculation part
9m current output section
10a-11b Proportional solenoid valve (electric pressure reducing valve)
50a-55b hydraulic drive
60a, 60b, 61a, 61b Pressure detector
Claims (2)
前記電気式減圧弁のパイロット一次圧を検出する検出手段を前記操作装置と前記電気式減圧弁との間に設け、前記モニターポイントが前記フロント装置を減速させる減速領域へ到達する際に前記電気式減圧弁へ出力する指令電流値を前記検出手段で検出されたパイロット一次圧に追従させる出力補正手段を備えたことを特徴とする建設機械の作業範囲制限制御装置。From a multi-joint type front device constituted by a plurality of front members rotatable in the vertical direction, a plurality of hydraulic actuators for driving the plurality of front members, and an operation device for instructing operations of the plurality of front members A plurality of flow rate control valves that are driven by the output operation pilot pressure and that control flow rates of pressure oil supplied to the plurality of hydraulic actuators; and the operation device and at least one flow rate control valve corresponding thereto An electric pressure reducing valve that is provided in between and that reduces and outputs an operation pilot pressure output from the operating device, and according to a distance between a monitor point set in advance with respect to the front device and a preset entry prohibition area wherein the calculated a directive current value is output to the electric pressure reducing valves, the monitor point approaches the forbidden entry area Te furo The winder is decelerated, in the working range limiting control system for a construction machine for performing control to stop the front device and reaches the forbidden entry area,
Detection means for detecting the pilot primary pressure before Symbol electric pressure reducing valve disposed between the operating device and the electric pressure reducing valves, the electricity when the monitoring point reaches the deceleration region for decelerating said front device A working range restriction control device for construction machinery, comprising output correction means for causing a command current value to be output to the pressure reducing valve to follow the pilot primary pressure detected by the detection means .
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