JP4754598B2 - 作業機の油圧システム - Google Patents
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Description
特許文献1の作業機の油圧システムでは、運転席に設けられた操作部材を操作すると、操作部材の操作量が制御部に入力され、当該制御部は、操作量に応じた電圧を比例電磁弁に出力して、当該比例電磁弁の電流を変化させることで比例電磁弁を作動させている。比例電磁弁の作動により制御弁のスプールにパイロット油を供給して当該スプールを動かして、制御弁を介してアクチュエータに所定の作動油を供給することで、アタッチメントは動作するようになっている。
本発明は上記問題点に鑑み、油圧式の油圧アクチュエータ(アタッチメント)を快適に作動させることができる作業機の油圧システムを提供するようにしたものである。
油圧アクチュエータを作動させるために、比例電磁弁に電流を流すことになるが、当該比例電磁弁の電流にはディザ振幅(以降、電流ディザ振幅ということがある)が存在する。この電流ディザ振幅によってパイロット油のパイロット圧が変動(パイロット油の脈動)することとなり、このパイロット圧の変動により、制御弁から油圧アクチュエータに供給する作動油の流量変動や圧力変動が生じて作動油が脈動する。この作動油の脈動により油圧アクチュエータが操作部材の操作に関係なく微動作してしまうことになる。
発明者は、さらに、比例電磁弁の電流ディザ振幅を可及的に抑制する方法について、様々な角度から検証を行った。
その結果、比例電磁弁に入力するパルス制御信号での周期及びデューティ比を一定にし、且つ、そのパルス制御信号の振幅を制御すれば、パルス制御信号での周波数やデューティ比の変更を行った場合に比べて、簡単でしかも油圧システムの全体の応答速度を低下させることなく、比例電磁弁の電流ディザ振幅を抑制できることを見出した。
これによれば、例えば、油圧アクチュエータ(アタッチメント)の動作速度を速くするためにパルス制御信号での電圧を上昇させたり、アタッチメントの動作速度を遅くするためにパルス制御信号での電圧を下降させた場合であっても、電流ディザ振幅を抑制することができる。
前記電流制御手段は、前記パルス制御信号での低電位側の電位を上昇させることで当該パルス制御信号の振幅を小さくすることが好ましい。
また、前記電流制御手段は、前記パルス制御信号での高電位側の電位を下降させることで当該パルス制御信号の振幅を小さくしてもよいし、前記パルス制御信号での低電位側の電位を上昇させると共に、高電位側の電位を下降させることで当該パルス制御信号の振幅を小さくしてもよい。前記油圧アクチュエータは、アームの先端側に別途設けられるSP用のアクチュエータであることが好ましい。
図1〜図6は、バックホー等の作業機を示している。
図6に示すように、作業機(バックホー)1は、下部の走行装置2と、上部の旋回体3とから構成されている。
走行装置2は、ゴム製覆帯を有する左右一対の走行体4を備え、両走行体4を走行モータMで駆動するようにしたクローラ式走行装置が採用されている。また、該走行装置2の前部にはドーザ5が設けられている。
作業装置13は、旋回台12の前部に左右方向の中央部よりやや右寄りにオフセットして設けられた支持ブラケット16に上下方向の軸心回りに左右揺動自在に支持されたスイングブラケット17と、該スイングブラケット17に基部側を左右方向の軸心廻りに回動自在に枢着されて上下揺動自在に支持されたブーム18と、該ブーム18の先端側に左右方向の軸心廻りに回動自在に枢着されて前後揺動自在に支持されたアーム19と、該アーム19の先端側にスクイ・ダンプ動作可能に設けられたバケット20とを備えている。
アーム19の先端部には、バケット20の代わりにグラップル,サム,ブレーカ,ブラッシュカッタ,チルトバケット,ロータリーグラーブル等のSP用アタッチメントが装着できるようになっている。
上述したように、作業機1は複数のアクチュエータを有するものとなっているが、説明の便宜上、油圧システムの説明においては、複数のアクチュエータをまとめたものを油圧アクチュエータAとして説明する。
図1及び図2に示すように、油圧システム26は、パイロット圧に応じて油圧アクチュエータAに作動油を供給する制御弁27と、この制御弁27のパイロット圧を制御する一対の比例電磁弁28,28と、比例電磁弁28,28にパイロット油を供給する第1ポンプ29と、制御弁27に作動油を供給する第2ポンプ30と、比例電磁弁28,28を制御する制御部(コントローラ)31とを備えている。
一方の比例電磁弁28Lは、1つの制御弁27に対してそのスプールの一方に所定のパイロット圧のパイロット油を供給し、他方の比例電磁弁28Rは、制御弁27のスプールの他方に所定のパイロット圧のパイロット油を供給するものとなっている。
詳しくは、操作部材25を中立位置より左側に揺動させると、制御部31は操作部材25の操作量に応じた電圧(制御信号S2)を左側用の比例電磁弁28Lのソレノイド32Lに出力し、ソレノイド32Lの電流を制御するものとなっている。ソレノイド32Lの電流に応じてブランジャが移動し、制御弁27へ供給されるパイロット油のパイロット圧が変化する。
このように、操作部材25の操作量に応じて比例電磁弁28L,28Rを操作することで、制御弁27のスプールに対して2方向からパイロット油を供給し、2方向に油圧アクチュエータAが動作してアタッチメントが作動するものとなっている。
次に、制御部(電流制御手段)による比例電磁弁の電流の制御について、図3を用いて説明する。
詳しくは、電流制御手段33は、高電位形成区間K1における信号の周波数やデューティー比をPWM制御によって変化させることによって、図3(b)のパルス制御信号S3における所望の電圧V1Hを発生させ、低電位形成区間K2における信号の周波数やデューティー比をPWM制御によって変化させることで、パルス制御信号S3における所望の電圧V1Lを発生させるものとなっている。
よって、比例電磁弁28の電流は、電圧変調により生成されたパルス制御信号S3によって制御される。
図3(c)に示すように、比例電磁弁28の電流は、パルス制御信号S3に応じて電流値が変化する、即ち、ディザ振幅(電流ディザ振幅IA)が存在するものとなっている。電流制御手段33の制御により電流ディザ振幅IAは可及的に抑制したものとされている。
具体的には、電流制御手段33は、比例電磁弁28に出力する電圧が同じ(操作部材25の操作量が同じ、制御量が同じ)とすると、パルス制御信号S3における高電位はそのままで、低電位の電位を上昇させることで、パルス制御信号S3の電圧振幅VAを小さくしている。例えば、電流制御手段33は、高電位形成区間K1における高電位側の電圧を一定にし、低電位形成区間K2においてその区間内における周期やデューティ比を大きくして、高電位形成区間K1での時間(PWM制御における高電位の開始から高電位終了までの時間)及び低電位形成区間K2での時間は変更せずに一定とすることで、電流ディザ振幅IAを小さくする。なお、電流制御手段33は、パルス制御信号S3での高電位側の電位を下降させることで、パルス制御信号S3の振幅を小さくしてもよいし、上述した方法を組み合わせて、電流制御手段33は、パルス制御信号S3での低電位側の電位を上昇させると共に、高電位側の電位を下降させることで、パルス制御信号S3の振幅を小さくしてもよい。
図4(a)の増加期間T1に示すように、操作部材25の操作量を増加させると、制御部31から比例電磁弁28に出力する基本制御信号S2において、高電位形成区間K1における信号のデューティ比等が操作量に応じて大きくなる。電流制御手段33は、操作量に応じて増加期間T1における高電位形成区間K1での信号のデューティ比等が大きくなっても、低電位形成区間K2の信号の調整によって、図4(b)に示すように、増加期間T1に対応するパルス制御信号S3の電圧振幅VAが、増加区間T1前の振幅と同じ(一定)となるようにしている。
また、図4(b)の減少期間T2に示すように、操作部材25の操作量を減少させると、制御部31から比例電磁弁28に出力する基本制御信号S2において、高電位形成区間K1でのデューティ比等が操作量に応じて小さくなる。電流制御手段33は、操作量に応じて減少期間T2における高電位形成区間K1での信号のデューティ比等が小さくなっても、低電位形成区間K2の信号の調整によって、図4(b)に示すように、減少期間T2に対応するパルス制御信号S3の電圧振幅VAが、減少区間T2前の振幅と同じとなるようにしている。
なお、増加期間T1や減少期間T2のぞれぞれにおいて、操作量に応じてデューティ比等が増減するものの、同じ区間内でのPWM制御による信号のデューティ比は、それぞれ一定となっている。
制御部31(電流制御手段33)においては、比例電磁弁28に電圧を供給することで比例電磁弁28の電流を制御するが、電圧と電流との変換は式(1)〜式(2)を用いて行われる。なお、式(1)〜式(2)は、電圧と電流との変換の関係を数式として示したもので、本発明は、これに限定されない。
式(1)及び式(2)のα1は、比例電磁弁28の電流の実績値と比例電磁弁28の電流の目標値I2との偏差によって比例電磁弁28に入力する電流(電圧)を補正するもので、α2は、電流ディザ振幅IAの実績値と電流ディザ振幅IAの目標値との偏差によって比例電磁弁28の電流ディザ振幅IA(振幅電圧)を補正する。このような補正は、一般的な、PID制御によって行い、当然の如く、比例電磁弁28の電流の実績値は、制御部31にフィードバックされる。
操作部材25の操作量と電流値との変換式又は変換データ等を用いて、操作量に応じて比例電磁弁28の電流値、即ち、指示電流値I1を電流制御手段33により決定する。そして、指示電流値I1及び電圧-電流変換係数p1と、補正係数α1とを用いて電流を電圧に変換する式(1)の右辺の値を電流制御手段33により求める。
また、予め設定された電流ディザ振幅IAの目標値I2及び電圧-電流変換係数p2と、補正係数α2とを用いて電流を電圧に変換する式(2)の右辺の値を電流制御手段33により求める。なお、電流ディザ振幅IAの目標値I2は、制御部31に予め設定された値又は外部から制御部31へ入力された値を用いる。
本発明の油圧システム26によれば、操作部材25を操作すると、その操作量が制御部31に入力され、制御部31(電流制御手段33)で操作量に基づいて比例電磁弁28の電流が決定され、この電流を流すべく求められたパルス制御信号S3によって比例電磁弁28が制御されることになる。このとき、比例電磁弁28の電流ディザ振幅IAは、電流ディザ振幅IAの目標値によって定められているので、操作部材25の操作量によってパルス制御信号S3の電圧が変化しても、電流ディザ振幅IAが変化されることなく一定に保たれるものとなっている。
25 操作部材
26 油圧システム
27 制御弁
28 比例電磁弁
31 制御部
33 電流制御手段
35 高電位形成区間
36 低電位形成区間
IA 電流ディザ振幅
S1 操作信号
S2 制御信号
S3 パルス制御信号
T 周期
VA 電圧振幅
Claims (6)
- 作業を行うための油圧アクチュエータと、パイロット圧に応じて前記油圧アクチュエータに作動油を供給する制御弁と、この制御弁のパイロット圧を制御する比例電磁弁と、この比例電磁弁の電流を制御する制御部とを備えた作業機の油圧システムにおいて、
前記制御部は、電圧変調により生成されたパルス制御信号により前記比例電磁弁の電流を制御する電流制御手段を備え、前記電流制御手段は、前記パルス制御信号での周期及びデューティ比を一定にしてパルス制御信号の振幅を制御することで前記比例電磁弁での電流のディザ振幅を制御するように構成されていることを特徴とする作業機の油圧システム。 - 前記電流制御手段は、パルス制御信号での電圧変動に関わらず電流のディザ振幅を一定にするように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の作業機の油圧システム。
- 前記電流制御手段は、前記パルス制御信号での低電位側の電位を上昇させることで当該パルス制御信号の振幅を小さくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の作業機の油圧システム。
- 前記電流制御手段は、前記パルス制御信号での高電位側の電位を下降させることで当該パルス制御信号の振幅を小さくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の作業機の油圧システム。
- 前記電流制御手段は、前記パルス制御信号での低電位側の電位を上昇させると共に、高電位側の電位を下降させることで当該パルス制御信号の振幅を小さくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の作業機の油圧システム。
- 前記油圧アクチュエータは、アームの先端側に別途設けられるSP用のアクチュエータであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の作業機の油圧システム。
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