JP5026228B2 - 建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械を操作中、各油圧アクチュエータに圧油を供給する可変容量型ポンプのポジコン制御に関する。

可変容量型ポンプのポジコン制御は、一般に図７（特許文献１の図１５に対応する）に示されるように、センターバイパス通路１００を有する切換弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３にポンプ吐出容量調整機構１０２を有する可変容量型ポンプＰＭの吐出油を供給し、当該可変容量型ポンプＰＭの吐出容量を前記切換弁の操作信号（ａ１、ｂ１）、（ａ２、ｂ２）、（ａ３、ｂ３）にて調整し、各切換弁の操作量の増加に従い、当該可変容量型ポンプＰＭの吐出流量を増加するよう構成するものである。

このポジコンシステムの場合、切換弁の中立および操作途中では、可変容量ポンプＰＭの吐出油の一部をセンターバイパス通路１００からタンクＴへ放出しているのでネガコンシステムの場合と同様、操作性においては良好であるもののシステム効率および複合操作時の操作性等においては、問題点を有する。特に可変容量型ポンプＰＭの吐出容量はセンターバイパス通路１００の開度如何にかかわらず、切換弁の操作信号に対応して一義的に定まるので、センターバイパス通路１００の開度とシリンダポートへの開口通路との面積およびタイミング調整が難しく、ポンプ供給ラインには異常高圧または供給圧力の立ち遅れ等の問題が生ずる恐れがある。なお、可変容量型ポンプＰＭの吐出容量は、前記切換弁の操作信号と並行して出力される信号により調整されるのでシステムの応答性は比較的良好である。

次に、ネガコンシステムの油圧回路図を図８（特許文献１の図１４に対応する）に示す。

このシステムでは、センターバイパス１００を有する切換弁Ｖ３のセンターバイパス出口に圧力発生手段１０４を設け当該圧力発生手段１０４の上流側圧力を可変容量ポンプＰＭの吐出容量調整機構１０２へ信号圧力Ｐｎとして作用させ、且つ当該吐出流量調整機構１０２は前記信号圧力の低下に応じて吐出容量を増加するよう構成されている。本システムは切換弁からポンプへフィードバックされる信号が低圧であることや、ポンプ吐出油の一部をブリードオフしつつ油圧アクチュエータへ圧油を供給するので、人が操作する油圧ショベル等には操作性に優れており多用されている。しかし、この場合、可変容量ポンプＰＭから切換弁へ供給される圧油は、その切換弁が中立又は操作途中では一部がセンターバイパス通路１００を経てタンクへ放出されるので、この分のエネルギーが熱に変換され捨てられている。特に、切換弁に接続された油圧アクチュエータの負荷が大きい場合には始動までの切換弁の操作量が大きく、この間に絞り捨てされる圧油は、当該圧油によってポンプＰＭの吐出容量は小容量に維持されてはいるが、依然としてエネルギーを無駄に捨てている点において問題がある。

一方、このセンターバイパス通路１００から放出される油量を例えば、切換弁のセンターバイパス通路１００を小さくして、比較的小容量とすることは可能であるが、当該シリンダポートへの開口通路との適切な面積およびタイミング調整が非常に困難であり、加工精度や切換弁の操作によってはポンプ吐出油が供給ライン封入されて異常高圧が発生し、却ってエネルギー効率の悪化を招く恐れがある。又、油圧ショベルにおける油圧制御システムでは複数の油圧アクチュエータを同時に操作した場合の操作性つまり可変容量ポンプＰＭからの各油圧アクチュエータへの流量配分特性が極めて重要であるが、この特性は一般には所定のポンプ回転数における流量に対して各切換弁における開口面積によって一義的に定まるものであり、従って、エンジン回転数や負荷圧力が変化した場合には、良好な操作性が維持されない恐れがあるという問題がある。

また、図９（特許文献１の図１６に対応する）に示されるように、ロードセンシングシステムにおいては、油圧アクチュエータ１０６への供給油量は切換弁Ｖ１、Ｖ２が操作された時、当該切換弁のメータイン側の差圧が一定となる様、可変容量ポンプＰＭの吐出容量が調整される。従って、ネガコンシステムやポジコンシステムの様に絞り捨てされる油がないのでその分、システム効率は改善される。

しかし、ポンプ吐出容量を適切に調整するためには前記メータイン側の差圧はある程度、例えば２０ｂａｒ程度以上維持しなければならず、その結果、各切換弁Ｖ１、Ｖ２を通過する毎に通過油量に関らず圧力損失が生じ、システム効率上は依然として問題がある。

さらには、ポンプ吐出容量の調整に関して、先ず切換弁を操作し、その結果としてポンプ容量が調整されるため、応答遅れが生ずる等の問題がある。

こうした問題を解消する方法として、図１０（特許文献１の図１に対応する）のブロック線図に示されるように、可変容量型ポンプの吐出流量を吐出容量調整部により制御することが開示されている。この可変容量型ポンプから供給される圧油は、１つまたは複数の切換弁およびその周辺油圧回路を含む切換弁ユニットを介して１つまたは複数の油圧アクチュエータへ与えられる。

オペレータ操作指令部からは、前記各油圧アクチュエータの駆動方向および駆動量が前記切換弁ユニットにパイロット圧油として指令される。さらに、オペレータ操作指令部からは信号圧力としての調整信号Ｘが調整量修正部に与えられている。この調整信号Ｘは切換弁ユニットの切換弁に与えられるパイロット圧油の中で最高圧が選択される。

一方、前記切換弁ユニットを挟んで、可変容量型ポンプの吐出油圧力Ｐｄと油圧アクチュエータへ供給される圧油の圧力Ｐｓが検出され、その差圧が差圧生成部で形成される。差圧生成部から信号圧力として出力される調整信号Ｙは前記調整量修正部に与えられている。調整量修正部では前記調整信号Ｘに対し調整信号Ｙを作用させて調整信号Ｘを低減させるようになっている。そして、調整量修正部の出力が前記吐出流量調整部に与えられている。

即ち、切換弁への駆動信号の最高圧が差圧（Ｐｄ−Ｐｓ）に対応して修正され、吐出流量調整部に与えられるようになっている。（特許文献１）

なお、前記調整信号Ｙを油電変換して得た電気信号を制御信号として、市販の電磁可変減圧弁（電磁比例減圧弁）を用いて前記調整量修正部を構成することも可能である。（特許文献２）

しかしながら、前記図１０において、調整量修正部の機能は、オペレータ操作指令部からの調整信号Ｘは差圧生成部からの信号Ｙにより修正するものである。すなわち、この機能を切換弁スプールの開口特性の点から考察すると、油圧アクチュエータの圧力とポンプ吐出圧力との差圧が一定となるように当該差圧により切換弁スプールの開口特性を見かけ上変化させるものではあるが、この差圧によりオペレータ操作指令部からの調整信号Ｘを修正する機能だけでは、オペレータの油圧アクチュエータに対する操作性の点からは違和感がある。

例えば、図１１のＱ２に示されるように、オペレータが操作量（Ｐｍ）を増加させていく場合、操作量Ｐｍ１まではポンプの理論吐出量に対し相対的に少ない流量が供給され、操作量Ｐｍ１より大きい範囲では相対的に大きい流量が供給されるよう油圧アクチュエータを駆動させたい場合がある。こうした要求を満たすためには、参照符号Ｑ１で示されるように、単に差圧により操作量（Ｐｍ）を修正するだけでは実現できない。こうした切換弁スプールの開口特性を修正するために、スプール外周にノッチなどの切り欠きを設けてその特性を変化させることも行われているが、こうした対策は熟練を要し、ノウハウとして扱われ、明確でなかった。また、特定の切り欠きに形成したスプールを変更しようとしても再加工することは事実上不可能であり、同一のスプールが複数の開口特性を備えるようなことはできない。

また、前記図１０のシステムにおいては、操作中において、前述した建設機械のブーム、アーム等の構造物がその固有振動数で振動を起こし、スムースな作業を遂行できない場合がある。図１１のＱ１上に重畳された破線で示す波形Ｖｗは構造物が振動しているとき、ポンプ吐出量が変化する状態を例示するものである。

本発明者等の知見に拠れば、この振動の種類（固有振動数）が１つとは限らないが、その振動数はせいぜい数ヘルツ程度である。例えば、ブーム下降操作中に振動が発生すると、同ブームはスムースに下降せず、間歇的な下降動作となり、それに伴い騒音も発生し、こうした現象が頻繁に続くと、ブーム自体やその結合部分の構造物を損傷する恐れがある。

また、オペレータにとっては、こうした振動の発生や終息のタイミングが予測できないこともあり、上記の操作上の違和感のみならず、建設機械自体が破損するかもしれないといった恐れを感じることとなる。

特開２００４−２８３３３号公報 特開平５−３２４０９２号公報

本発明者等は、上述した点に鑑み、種々検討した結果、前記差圧調整部に対し、差圧信号とは別の油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を与えることにより前述した問題が基本的に解決できることを見出した。

従って、本発明の目的は、ロードセンシングを採用した可変容量型ポンプのポジコン制御における差圧調整部に油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を導入してオペレータに操作上の違和感を可及的に少なくできるようにした建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、ロードセンシングを採用した可変容量型ポンプのポジコン制御における差圧調整部に油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を導入して、差圧の変化に対する切換弁スプールの移動を敏捷または緩慢にし、それにより負荷の変動に対し応答性の良好な、または安定性の良好な操作感をオペレータに与えることができる建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、ロードセンシングを採用した可変容量型ポンプのポジコン制御における差圧調整部に油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される外部信号を導入して、構造物の固有振動を抑制する建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、上記の各目的を達成するため、前記差圧調整部を電磁可変減圧弁で構成した建設機械の油圧制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明による建設機械の油圧制御装置は、吐出流量調整機構を備えた可変容量型ポンプの吐出流量が、操作弁から与えられる操作圧信号（Ｘ）に基づいて生成される前記吐出流量調整機構への流量調整信号（Ｐｍ）に応じて制御されるとともに、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が予め定めた所定値（α）以下に維持されるよう前記流量調整信号（Ｐｍ）を調整する差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、前記差圧調整手段は、前記油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））ならびに、前記切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力（Ｐｄ）および油圧アクチュエータ圧力（Ｐｓ）のそれぞれ油電変換された信号から演算形成される電気制御信号（ｉＳＧ）を供給する演算部と、前記操作圧信号（Ｘ）を一次圧とし前記流量調整信号（Ｐｍ）を二次圧とし、前記演算部からの電気制御信号（ｉＳＧ）により減圧制御を行う電磁可変減圧弁と、からなることを特徴とする。

その場合、前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる操作圧信号（Ｘ）の油電変換された電気信号（Ｅｉｎ）の関数値として与える関数発生手段により生成される第１外部信号（ＳＧ１）であることができる。

またその場合、前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて発生する建設機械構造物の振動を抑制する位相波形を有する第２外部信号（ＳＧ２）であることができる。

またその場合、前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる操作圧信号（Ｘ）の油電変換された電気信号（Ｅｉｎ）の関数値として与える関数発生手段により生成される第１外部信号（ＳＧ１）と前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて発生する建設機械構造物の振動を抑制する位相波形を有する第２外部信号（ＳＧ２）とを加算した信号であることができる。

さらにその場合、前記演算部において、前記油圧制御装置の制御系の応答性を良好にするか、または安定性を良好にするかに応じて、前記電気的信号（Ｅ（Ｚ））の符号を前記メータイン側ポンプ圧力に対応する電気信号（Ｅ（Ｐｄ））と同符号、または逆符号に指定することができる。

さらにその場合、前記演算部において、前記メータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が所定値（α）を越えた場合には前記差圧として所定値（α）と定義することができる。

請求項１に記載された本発明によれば、差圧調整手段は、前記油圧アクチュエータの操作状況応じて生成される電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））ならびに、前記切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力（Ｐｄ）および油圧アクチュエータ圧力（Ｐｓ）のそれぞれ油電変換された信号から演算形成される電気制御信号（ｉＳＧ）を供給する演算部と、前記操作信号（Ｘ）を一次圧とし前記流量調整信号（Ｐｍ）を二次圧とし、前記演算部からの電気制御信号（ｉＳＧ）により減圧制御を行う電磁可変減圧弁と、から構成されているので、前記演算部中では、前記流量調整信号（Ｐｍ）の生成に関わるすべての油圧信号を電気信号として取り扱うことができ各種設定値の調整も容易である。

また前記電磁可変減圧弁は汎用性のある市販のものを利用できるので、油圧制御装置の製造コストの点からも有利である。

請求項２に記載された本発明によれば、操作弁の操作量に応じて与えられる操作圧信号（Ｘ）の油電変換された電気信号（Ｅｉｎ）の関数値として与える関数発生手段を備えているので、当該関数発生手段中に予め種々の関数を用意することにより操作弁の操作量に対する吐出流量特性を種々選択することができ、オペレータの操作中における違和感を解消することができる。

請求項３に記載された本発明によれば、電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））により前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて発生する建設機械構造物の振動を抑制することが可能である。

請求項４に記載された本発明によれば、電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、操作弁の操作量に応じて与えられる操作圧信号（Ｘ）の油電変換された電気信号（Ｅｉｎ）の関数値として与える関数発生手段により生成される第１外部信号（ＳＧ１）と前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて発生する建設機械構造物の振動を抑制する位相波形を有する第２外部信号（ＳＧ２）とを加算した信号であるので、前記第１外部信号により建設機械の運転操作中において、前記構造物に振動が発生した場合でも当該振動を抑制するように第２外部信号が加えられるので、当該振動を直ちに抑制することができ、オペレータに作業進行に対する不安を与えない。

請求項５に記載された本発明によれば、演算部において、前記油圧制御装置の制御系の応答性を良好にするか、または安定性を良好にするかに応じて、前記電気的信号（Ｅ（Ｚ））の符号を前記メータイン側ポンプ圧力に対応する電気信号（Ｅ（Ｐｄ））と同符号、または逆符号に指定することができるので油圧制御装置としての柔軟性を備えることができる。

請求項６に記載された本発明によれば、演算部において、前記メータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が所定値（α）を越えた場合には前記差圧として所定値（α）と定義することができるので、当該差圧が前記所定値を越えないように制御することが可能である。

以下、本発明の実施の形態に基づく実施例について添付図面の図１乃至図６Ｂを参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される建設機械として代表的な油圧ショベル全体の概略構成を示す。同図１において、油圧ショベルＳＨＶは、油圧モータにより駆動される下部走行体ＤＲＶの上に旋回機構ＲＭを介して上部旋回体６が旋回自在に載置されている。上部旋回体６には、その前方一側部にキャブ８が設けられ、且つ、前方中央部にブームＢｍが俯仰可能に取り付けられている。又、ブームＢｍの先端にアームＡｍが上下回動自在に取り付けられ、更にアームＡｍの先端にバケットＢｋが取り付けられている。なお、参照符号ＢＣＬはブーム駆動用の油圧シリンダ、ＡｍＣＬはアーム駆動用の油圧シリンダ、ＢＣＬはバケット駆動用の油圧シリンダである。同図１から明らかなように、ブームＢｍが水平な姿勢からブームアップ操作されるときは、ブームシリンダＢＣＬへの負荷圧が非常に大きくなる。参照符号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は振動検知用のセンサであって、センサＳ１は運転操縦席近傍に、Ｓ２はブームＢｍに、Ｓ３はアームＡｍにそれぞれ設けられている。

図２は、本発明のコンセプトを説明する制御ブロック図である。同図において、建設機械の油圧アクチュエータ１０には可変容量型ポンプ２２からの圧油が切換制御弁２０を介して供給される。オペレータ操作指令部１４からは切換制御弁２０および差圧調整手段２８に操作圧信号Ｘが与えられる。破線で示すように、差圧調整手段２８にはポンプ２２の吐出圧力Ｐｄと油圧アクチュエータ１０の圧力Ｐｓとが与えられている。さらに、差圧調整手段２８には外部信号生成部３２からの外部信号Ｚが与えられている。差圧調整手段２８の出力Ｐｍは可変容量型ポンプ２２の斜板角度を調整する吐出流量調整機構２６に与えられるようになっている。外部信号生成部３２は、油圧アクチュエータ１０の操作状況応じて生成される外部信号Ｚを生成する。

図３Ａ、３Ｂは、本発明の好適実施例であり、さらに、図４Ａ、４Ｂ、４Ｃは、図３Ａ、３Ｂ中の差圧調整手段２８の機能・作用の理解を容易にするために例示されたものであり、差圧調整手段２８の等価的な油圧回路である。

図３Ａは、図２に示したコンセプトを可変容量型ポンプのポジコン制御系に適用した電気・油圧回路の模式図である。同図３Ａにおいて、参照符号２０は、図１のブームＢｍを駆動する油圧シリンダＢｍＣＬ用の切換制御弁を模式的に示し、ΔＰはそのスプール開口特性に関係する絞りの程度に応じた差圧である。参照符号Ｑａｃは図示してない前記油圧シリンダＢｍＣＬへの供給流量を示す。可変容量型ポンプ２２の斜板２４の角度は、吐出流量調整機構２６のばね２６ｂの弾発力に対抗する油室２６ａへの電磁可変減圧弁３００からの供給圧力（二次圧）Ｐｍによって一義的に定められる。図示の例では供給圧力Ｐｍが大きくなるとポンプ２２の理論吐出量Ｑｔｈは増大する関係となっている。

鎖線で示す参照符号２８は図２の差圧調整手段であって、図２中の外部信号生成部３２からの外部信号は電気信号Ｅ（Ｚ）として示されている。さらに、差圧調整手段２８へは前述したポンプ２２の吐出圧力Ｐｄと油圧アクチュエータ１０の圧力Ｐｓとがそれぞれ油圧・電気変換部２０２、２０４を介して電気信号Ｅ（Ｐｄ）、Ｅ（Ｐｓ）として与えられている。

参照符号２００は入力信号の演算部であって、差圧に相当する成分（Ｅ（Ｐｄ）−Ｅ（Ｐｓ））から、後述するばね成分Ｅ（Ｓｐｒ）と、外部信号成分Ｅ（Ｚ）とが差し引かれる。なおその場合、Ｅ（Ｚ）の符号−、＋は後述するように、油圧制御装置の制御系の特性を応答性の良好さ、安定性の良好さにそれぞれ対応する。

参照符号３００は、本発明で定義された電磁可変減圧弁であって、例えば、市販の電磁比例減圧弁で構成することができる。電磁可変減圧弁３００の油圧記号がその中に表示されている。

参照符号３０は、操作弁の操作圧信号Ｐａ、Ｐｂの高圧選択手段を模式的に示す。以下の説明では操作圧信号Ｘは、高圧選択された操作圧信号の意としている。

図３Ｂは、外部信号生成部３２として、図６Ａに具体例が示される関数発生手段３２Ａと、振動抑制信号発生部１００とを備えた場合であって、それぞれ３２Ａ、１００からの電気信号ＳＧ１、ＳＧ２が加算部１０２で加算され電気的外部信号Ｅ（Ｚ）を形成している。なお、電気信号ＳＧ１、ＳＧ２は、それぞれ本発明における第１外部信号、第２外部信号を構成している。

前記振動抑制信号発生部１００は、ブームＢｍ、アームＡｍ等のショベル構造物に取付けられた振動検知部１００ａ（図１のＳ１，Ｓ２、Ｓ３等）と、同検知部１００ａからの検知信号が前記構造物の固有振動であることを判定する判定部１００ｂと、判定された検知信号の振動波形の位相反転信号波形を生成する波形生成部１００ｃから構成されている。

図５に示すように、各センサＳ１〜Ｓ３の検知出力は、常時、判定部１００ｂに与えられる。判定部１００ｂでは、各センサからの振動波形の周波数、振幅、継続時間等により当該構造物の固有振動であるか否かを判定する。図示では、ブームＢｍに取付けたセンサＳ２からの振動波形Ｖｗ（Ｓ２）が固有振動の発生に該当しており、他のＳ１、Ｓ３からは、周波数が高く、振幅の小さい振動波形が供給されている例を示す。

これらＳ１、Ｓ３からの振動波形は、例えば建設機械の原動機やポンプの回転軸の回転に伴う振動に相当する。位相反転波形生成部１００ｃでは前記信号Ｖｗ（Ｓ２）が反転され、破線で示すように、−Ｖｗ（Ｓ２）となる。同信号はさらに振幅（ゲイン）が調整されて信号ＳＧ１が生成される。この際、ゲイン調整は、信号ＳＧ１の振幅を徐々に増大し、検知信号Ｖｗ（Ｓ２）の振幅がゼロになるように自動的に設定できるが、オペレータが手動で調整するようにしてもよい。

なお、図３Ｂにおいて、上述した外部信号生成部３２Ａからの信号ＳＧ２が供給されている状態で、構造物に固有振動が発生したとすると、同固有振動の振動波形が位相反転されそのゲインが調整されて信号ＳＧ２が加算部で前記信号ＳＧ１に重畳され電気的外部信号Ｅ（Ｚ）が生成される。この電気的外部信号Ｅ（Ｚ）のうち信号ＳＧ２の圧力成分により電磁可変減圧弁３００のスプールをその軸方向に振動させ、それによりポンプ流量調整機構２６への二次圧力Ｐｍが変化し、その結果として、ポンプ２２の吐出圧は、検知された固有振動波形を相殺するように作用することとなる。

なお、構造物の固有振動数は、油圧ショベルの大きさ、重量にも拠るが最大でも数ヘルツ程度であり、１周期の時間間隔は、位相反転信号生成の電気的処理や前記スプールの位置変化、二次圧力Ｐｍが斜板２４の転動角に反映するまで要する時間すなわち、外部信号Ｅ（Ｚ）が電磁可変減圧弁３００を経てポンプ吐出量へ反映するまでに要する時間に比べ十分大きいので振動の抑制を正確、迅速に行うことができる。

図３Ｃは、図３Ａ、３Ｂの演算部２００の詳細説明図である。同図において、ケース１は、ポンプ２２の吐出圧力Ｐｄと油圧アクチュエータ１０の圧力Ｐｓとの差圧ΔＰが予め定めた所定値αを超えた状態、すなわち、電気信号で表示すれば、Ｅ（Ｐｄ）−Ｅ（Ｐｓ）＞Ｅ（α）のときの電磁可変減圧弁３００への電気制御信号ｉＳＧが示されている。

また、ケース２は、ポンプ２２の吐出圧力Ｐｄと油圧アクチュエータ１０の圧力Ｐｓとの差圧ΔＰが予め定めた所定値α以下の状態、すなわち、電気信号で表示すれば、Ｅ（Ｐｄ）−Ｅ（Ｐｓ）＜＝Ｅ（α）のときの電磁可変減圧弁３００への電気制御信号ｉＳＧが示されている。

なお、ばね成分Ｅ（Ｓｐｒ）は、プリセットされていることを示す。このばね成分Ｅ（Ｓｐｒ）は、後述する図４Ａ、４Ｂに示すばね２８ｂの弾発力に対応しており、スプール２８ａを圧力Ｐｄに抗して所定のばね力Ｓｐｒで右方に付勢するものであり、その付勢力を電気的に換算したものである。

また、演算部２００は、アナログ電気信号を演算処理する演算増幅器を用いて構成することができる。

図４Ａは、図３Ａ中の差圧調整手段２８を、機能的に等価な単一の弁体構造からなる油圧回路で構成した例である。同図４Ａにおいて、参照符号２８ａは弁体内部に形成した開口Ｈに摺動可能に挿入されているスプールであって、その中間部に３つの径大部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が設けられている。径大部Ｄ１の左側の油室ＲＭ１にはばね２８ｂが収納されている。また、同油室ＲＭ１には、破線のラインＬ１で示すように、ポートＰＴ１を介して油圧アクチュエータ側の圧力Ｐｓが導かれている。

一方、径大部Ｄ２の右側には油室ＲＭ２が設けられており、同油室ＲＭ２に設けられたポートＰＴ５には、破線のラインＬ２で示すように、ポートＰＴ５を介してポンプ２２の吐出口側の圧力Ｐｄが導かれている。

径大部Ｄ３の左側には油室ＲＭ３が設けられており、同油室ＲＭ３に隣接して設けられたポートＰＴ２には、破線のラインＬ３で示すように、ポートＰＴ２を介してオペレータの指令による操作弁からの操作圧信号Ｘすなわち、高圧選択手段３０により選択された最大操作圧力Ｐｍａｘが導かれている。さらに、径大部Ｄ３の右側には油室ＲＭ４が設けられており、同油室ＲＭ４に隣接して設けられたポートＰＴ４はタンクラインＴに導かれている。スプール２８ａの右端面は油室ＲＭ５に臨んでおり、この油室ＲＭ５には、外部信号Ｚが与えられており、さらにスプール２８ａの右方向の停止位置を定めるストッパ２８ｃが設けられている。

なお、外部信号生成部３２へは油電変換部３２ａで電気信号に変換された前記操作弁からの操作圧信号Ｘが入力されている。また、外部信号生成部３２の出力は電油変換部３２ｂで圧油信号に変換され外部信号Ｚとなる。

外部信号生成部３２の具体例を図６Ａにて模式的に示す。同図６Ａにおいて、関数の波形ｆ１、ｆ２、ｆ３は操作圧信号Ｘの油電された電気信号Ｅｉｎの値に対する各関数の値ＳＧ１の変化の様子を示す。例えば、関数ｆ１では、Ｅｉｎの変化に対するＳＧ１は上に凸の変換特性を有する。これに対し関数ｆ２は、Ｅｉｎの増加の途中まではＳＧ１は緩慢な増加にとどまり、ある値以降の増加に対しＳＧ１は比較的急激に増加する場合である。

さらに、関数ｆ３は、Ｅｉｎの増加の途中まではＳＧ１は急激に増加し、それ以降の増加に対しＳＧ１は比較的緩慢な増加にとどまる場合である。なお、関数ｆ０は、ＳＧ１が常時ゼロであり、外部信号Ｚ（図４Ａ参照）がない場合である。参照符号３４は各関数波形を選択する押しボタンを示す。なお、オペレータがボタン選択を瞬時、正確におこなえるよう記号ｆ０〜ｆ３の代わりに、波形特性そのものや、絵文字などで表示することができる。またその場合、選択ボタンは変換波形そのものではなく、オペレータが要求する操作特性を表示するようにすることが好ましい。さらにその場合、選択操作の代わりに音声で選択するようにしてもよい。

図６Ａではアナログ電気信号Ｅｉｎ、ＳＧ１による関数を例示したが、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器によりデジタル処理を行うことも可能である。その場合には、関数ｆ０〜ｆ３はそれぞれ対応するメモリテーブルとして形成されることができる。

次に図４Ａ、図６Ａを参照して作用を説明する。

まず、関数ｆ０が選択されており、したがって、油室ＲＭ５には圧油が供給されない場合を説明する。今、油圧アクチュエータへの操作圧信号Ｘがゼロとすると、圧力ＰｄとＰｓとの差圧ΔＰもゼロで、ばね２８ｂの弾発力によりスプール２８ａは図示よりも若干右方の、ストッパ２８ｃによる停止位置にあり、油室ＲＭ３とポートＰＴ３は導通している。

この状態で、油圧アクチュエータを駆動すべく操作圧信号ＸがポートＰＴ２に与えられると、油室ＲＭ３からポートＰＴ３を介して吐出流量調整機構２６の油室２６ａへ操作圧信号Ｘに対応する圧力Ｐｍが与えられ、斜板２４が傾転して可変容量型ポンプ２２は吐出口から圧油を吐出する。このときの吐出流量Ｑａｃにより切換制御弁２０内で差圧ΔＰが生じる。この差圧によりポートＰＴ５へは吐出圧力Ｐｄが与えられ、ポートＰＴ１へは圧力Ｐｓが与えられる。操作圧信号Ｘが徐々に増加されて流量Ｑａｃが増加するにつれ差圧ΔＰも増大する。圧力Ｐｄの値が圧力Ｐｓとばね２８ｂの弾発力の加算値より大きくなると、スプール２８ａは左方へ移動し、その結果、ポートＰＴ３と油室ＲＭ４とが導通するので、直ちに油室２６ａの圧力が降下して可変容量型ポンプ２２の吐出流量を減少させるので、差圧ΔＰが小さくなり、スプール２８ａは右方へ戻り油室ＲＭ４とポートＰＴ３は遮断される。

このようにして、ある操作圧信号Ｘが与えられると、ポートＰＴ１とＰＴ５での差圧（ｐｄ−Ｐｓ）とばね２８ｂのばね力とがバランスするようにスプール２８ａの位置が保持される。すなわち、差圧ΔＰがばね２８ｂの弾発力と等しくなるようにスプール位置が制御される。

次に、予めｆ０以外の特定の関数ｆｉが選択されており、操作圧信号Ｘの関数変換された外部信号Ｚが油室ＲＭ５へ供給される場合について説明する。

説明を簡単にするため、今、図３Ａに示す状態で操作圧信号Ｘが与えられ油圧アクチュエータが駆動中であり、スプール２８ａが前述したように、バランスした位置にあるとする。

その場合、油室ＲＭ５に関数ｆｉに基づきある大きさの外部信号圧力Ｚが与えられているとその圧力Ｚはスプール２８ａの右端面に作用しているのでばね２８ｂの弾発力を弱めるよう作用しており、したがって、操作圧信号ＸがさらにΔＸ増加された場合、それによるポンプ２２の流量増加で圧力ＰｄもΔＰｄだけ増加するよう変化して新たにバランス状態に到るまでに要する時間は、スプール２８ａに対しΔＰｄに前記圧力Ｚが加算された力が作用するので圧力Ｚが与えられていない場合と比べ短時間となる。このことは、操作圧信号Ｘの変化に対し応答性が速くなることを意味し、見かけ上、ばね２８ｂのばね定数を小さくしたことに対応している。

すなわち、上記関数ｆ０の場合のように、切換制御弁内を通過する吐出流量Ｑａｃが過大となった時の差圧の増大化を利用してスプール２８ａを左方へ移動させ、それによりポートＰＴ３とＰＴ４をタンクラインに連通させ油室２６ａの圧力が減少することで差圧を所定の範囲に保持する場合において、さらに関数ｆｉによる外部信号Ｚでスプール２８ａを右方から押圧しているときは、等価的には、切換制御弁内のスプールの開口特性を見かけ上変化させたこととなり、しかもその変化の様子を操作圧信号Ｘの指令範囲で圧力Ｚを可変とすることで任意に設定可能とするものである。

図４Ｂは、図４Ａにおいてスプール２８ａの左端側に外部信号Ｚを作用させるようにした例である。

次に、図４Ｂ、図６Ｂを参照して作用を説明する。今、予めｆ０以外の特定の関数ｆｉが選択されており、操作圧信号Ｘの関数変換された外部信号Ｚが油室ＲＭ５へ供給される場合について説明する。

説明を簡単にするため、今、図３Ａに示す状態で操作指令圧力Ｘが与えられ油圧アクチュエータが駆動中であり、スプール２８ａが前述したように、バランスした位置にあるとする。

その場合、油室ＲＭ５に関数ｆｉに基づきある大きさの外部信号圧力Ｚが与えられているとその圧力Ｚはスプール２８ａの左端面に作用しているのでばね２８ｂの弾発力を増大するよう作用しており、したがって、操作圧信号ＸがさらにΔＸ増加指令された場合、それによるポンプ２２の流量増加で圧力ＰｄもΔＰｄだけ増加するよう変化して新たにバランス状態に到る経過は、スプール２８ａに対しΔＰｄに前記圧力Ｚが加算された力が作用するので圧力Ｚが与えられていない場合と比べ、その間での負荷変動に伴うスプール２８ａのバランス位置の変化を抑制しつつ、操作圧信号Ｘに対しより忠実にバランス位置へ到達させることができる。このことは、見かけ上、ばね２８ｂのばね定数を大きくしたことに対応し、操作圧信号Ｘの変化に対し安定した応答性が得られることを意味している。

すなわち、上記関数ｆ０の場合のように、切換制御弁内を通過する吐出流量Ｑａｃが過大となった時の差圧の増大化を利用してスプール２８ａを左方へ移動させ、それによりポートＰＴ３とＰＴ４をタンクラインに連通させ油室２６ａの圧力が減少することで差圧を所定の範囲に保持する場合において、さらに関数ｆｉによる外部信号Ｚでスプール２８ａを左方から押圧しているときは、等価的には、切換制御弁内のスプールの開口特性を見かけ上、増大するよう変化させたこととなり、しかもその変化の様子は操作圧信号Ｘの指令範囲で圧力Ｚを可変とすることで任意に設定可能とするものである。

図６Ｂは、こうした作用を説明するグラフである。同図において、横軸Ｓｔは切換制御弁２０の操作量（スプールストローク量）、縦軸Ｑは切換制御弁２０の流量（開口特性）を示す。ｑ１は外部信号Ｚを与えない場合で、メータイン側の差圧ΔＰが一定となる流量特性を示し、ｑ２は、ポンプへのリモートパイロット圧指令で定まる流量特性すなわち、可変容量ポンプ２２自体の流量特性であり、ｑ３は、差圧ΔＰを増大させたときのメータイン側の差圧ΔＰが一定となるような流量特性を示す。ここで前記特性ｑ３は理論上の特性を示すが、実際に流れる流量はポンプ２２の最大吐出流量に対応する特性ｑ２を超えることはない。すなわち、例えば、操作量Ｓｔｊにおける特性ｑ１上の値Ｑａに対し、外部信号Ｚを与え、特性ｑ３上の値Ｑｃとすると、その時の実際の流量はＱｃとなる。このことは、特性ｑ３で示すように、特性ｑ２よりも大きくなるように外部信号Ｚを与えると、実際に流れる流量はＱｂすなわち、操作量Ｓｔｊに対応するポンプ２２の最大流量となり、流量ＱａからＱｂへ到達するまでの経過において、負荷等の変動によりスプール２８ａの位置が影響されることなく安定して到達する。

なお、図６Ｂにおいて、参照符号Ｓｔ１、Ｓｔ２は中間操作の範囲を示す。一般に、この範囲では、オペレータは運転操作中の油圧アクチュエータに対する操作時の違和感を多く感じるため、安定的な、操作指令に忠実な油圧アクチュエータの駆動が求められているところである。

図４Ｃは、図３Ｂにおける演算部２００と電磁可変減圧弁３００を図４Ｂに示す差圧調整手段２８の構造とした場合である。この場合の差圧調整手段２８の作用については前述した図４Ｂで説明したので省略する。

以上、本発明の好適な実施例について図面を参照して説明したが、当業者であれば、これら開示例に基づき種々変形をすることができる。例えば、信号Ｅｉｎは高圧選択手段３０からの操作圧信号Ｘを用いているが、必ずしもこれに限るものではなく、建設機械の操作中、オペレータが高圧選択手段とは別に設けられた電気信号発生装置を操作して信号Ｅｉｎを形成することも可能である。

本発明が適用される油圧ショベル全体の概略構成を示す図である。 本発明のコンセプトを説明するブロック図である。 図２に示したコンセプトを可変容量型ポンプのポジコン制御系に適用した電気・油圧回路の模式図である。 外部信号生成部として、関数発生手段と、振動抑制信号発生部とを備えた場合の電気・油圧回路の模式図である。 図３Ａ、３Ｂにおける演算部の詳細説明図である。 図３Ａ中の差圧調整手段を機能的に等価な単一の弁体構造からなる油圧回路で構成した例を示す図である。 図４Ａにおいてスプール左端側に外部信号を作用させるようにした油圧回路で構成した例を示す図である。 外部信号生成部として、関数発生手段と、振動抑制信号発生部とを備えた場合の油圧回路の模式図である。 振動抑制信号発生部を説明する図である。 外部信号生成部の一例として関数発生手段の詳細を説明するグラフである。 切換制御弁の流量特性を説明するためのグラフである。 従来の一般的な可変容量型ポンプのポジコン制御の油圧回路図である。 従来の一般的な可変容量型ポンプのネガコン制御の油圧回路図である。 従来の一般的な可変容量型ポンプのロードセンシング制御の油圧回路図である。 従来の可変容量型ポンプの吐出流量を吐出容量調整部により制御する方式の概念図である。 オペレータが油圧アクチュエータを操作する際に感じる違和感の存在を説明するグラフである。

符号の説明

６ 旋回台
８ キャブ
１０ 油圧アクチュエータ
１４ オペレータ操作指令部
２０ 切換制御弁
２２ 可変容量型ポンプ
２４ 斜板
２６ 吐出流量調整機構（斜板角度調整機構）
２６ａ 油室
２６ｂ ばね
２８ 差圧調整手段
２８ａ スプール
２８ｂ ばね
２８ｃ ストッパ
３０ 高圧選択手段
３２Ａ 外部信号生成部
３２ａ 油電変換部
３２ｂ 電油変換部
３４ 押しボタン
１００ 振動抑制信号発生部
１００ａ 振動検知部
１００ｂ 固有振動発生の判定部
１００ｃ 位相反転波形生成部
１０２ 加算部
２００ 演算部
３００ 電磁可変減圧弁
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３ 径大部
Ｈ 開口
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ ライン
Ｐｄ 吐出圧力
Ｐｓ 最大検出負荷圧力
ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３、ＰＴ４、ＰＴ５ ポート
ＲＭ１、ＲＭ２、ＲＭ３、ＲＭ４、ＲＭ５ 油室
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ センサ
ＳＧ１ 第１の外部信号
ＳＧ２ 第２の外部信号
Ｘ 操作圧信号
Ｚ 外部信号

Claims (6)

1. 吐出流量調整機構を備えた可変容量型ポンプの吐出流量が、操作弁から与えられる操作圧信号（Ｘ）に基づいて生成される前記吐出流量調整機構への流量調整信号（Ｐｍ）に応じて制御されるとともに、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が予め定めた所定値（α）以下に維持されるよう前記流量調整信号（Ｐｍ）を調整する差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、
   前記差圧調整手段は、
   前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて生成される電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））ならびに、前記切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力（Ｐｄ）および油圧アクチュエータ圧力（Ｐｓ）のそれぞれ油電変換された信号から演算形成される電気制御信号（ｉＳＧ）を供給する演算部と、
   前記操作圧信号（Ｘ）を一次圧とし前記流量調整信号（Ｐｍ）を二次圧とし、前記演算部からの電気制御信号（ｉＳＧ）により減圧制御を行う電磁可変減圧弁とからなり、
   前記演算部において、前記油圧制御装置の制御系の応答性を良好にするか、または安定性を良好にするかに応じて、前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））の符号を前記メータイン側ポンプ圧力に対応する電気信号（Ｅ（Ｐｄ））と同符号、または逆符号に指定することを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
2. 前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる操作圧信号（Ｘ）の油電変換された電気信号（Ｅｉｎ）の関数値として与える関数発生手段により生成される第１外部信号（ＳＧ１）であることを特徴とする請求項１に記載された建設機械の油圧制御装置。
3. 吐出流量調整機構を備えた可変容量型ポンプの吐出流量が、操作弁から与えられる操作圧信号（Ｘ）に基づいて生成される前記吐出流量調整機構への流量調整信号（Ｐｍ）に応じて制御されるとともに、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が予め定めた所定値（α）以下に維持されるよう前記流量調整信号（Ｐｍ）を調整する差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、
   前記差圧調整手段は、
   前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて生成される電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））ならびに、前記切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力（Ｐｄ）および油圧アクチュエータ圧力（Ｐｓ）のそれぞれ油電変換された信号から演算形成される電気制御信号（ｉＳＧ）を供給する演算部と、
   前記操作圧信号（Ｘ）を一次圧とし前記流量調整信号（Ｐｍ）を二次圧とし、前記演算部からの電気制御信号（ｉＳＧ）により減圧制御を行う電磁可変減圧弁とからなり、
   前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて発生する建設機械構造物の振動を抑制する位相波形を有する第２外部信号（ＳＧ２）であることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
4. 吐出流量調整機構を備えた可変容量型ポンプの吐出流量が、操作弁から与えられる操作圧信号（Ｘ）に基づいて生成される前記吐出流量調整機構への流量調整信号（Ｐｍ）に応じて制御されるとともに、油圧アクチュエータ圧力を検出し、切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が予め定めた所定値（α）以下に維持されるよう前記流量調整信号（Ｐｍ）を調整する差圧調整手段を有する建設機械の油圧制御装置において、
   前記差圧調整手段は、
   前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて生成される電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））ならびに、前記切換制御弁のメータイン側ポンプ圧力（Ｐｄ）および油圧アクチュエータ圧力（Ｐｓ）のそれぞれ油電変換された信号から演算形成される電気制御信号（ｉＳＧ）を供給する演算部と、
   前記操作圧信号（Ｘ）を一次圧とし前記流量調整信号（Ｐｍ）を二次圧とし、前記演算部からの電気制御信号（ｉＳＧ）により減圧制御を行う電磁可変減圧弁とからなり、
   前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））は、前記操作弁の操作量に応じて与えられる操作圧信号（Ｘ）の油電変換された電気信号（Ｅｉｎ）の関数値として与える関数発生手段により生成される第１外部信号（ＳＧ１）と前記油圧アクチュエータの操作状況に応じて発生する建設機械構造物の振動を抑制する位相波形を有する第２外部信号（ＳＧ２）とを加算した信号であることを特徴とする建設機械の油圧制御装置。
5. 前記演算部において、前記油圧制御装置の制御系の応答性を良好にするか、または安定性を良好にするかに応じて、前記電気的外部信号（Ｅ（Ｚ））の符号を前記メータイン側ポンプ圧力に対応する電気信号（Ｅ（Ｐｄ））と同符号、または逆符号に指定することを特徴とする請求項３または４に記載された建設機械の油圧制御装置。
6. 前記演算部において、前記メータイン側ポンプ圧力と油圧アクチュエータ圧力との差圧が所定値（α）を越えた場合には前記差圧として所定値（α）と定義することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載された建設機械の油圧制御装置。

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