JP5480529B2

JP5480529B2 - 旋回式作業機械の制動制御装置

Info

Publication number: JP5480529B2
Application number: JP2009100507A
Authority: JP
Inventors: 昭筒井; 宏明河合; 隆博小林; 耕一下村
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2029-04-17
Also published as: CN101863425B; JP2010247965A; US20100263364A1; US8505292B2; EP2241529B1; EP2241529A1; CN101863425A

Description

本発明は、クレーン等の旋回式作業機械における旋回体を油圧により制動するための制動制御装置に関するものである。

従来、クレーン等の旋回式作業機械において、その旋回体の旋回を制動させるための装置として、例えば特許文献１に記載されるものが知られている。この装置は、旋回駆動用の油圧モータと、その油圧源である油圧ポンプと、これら油圧モータおよび油圧ポンプとの間に介在するパイロット切換式のコントロールバルブと、操作レバーの操作に応じてパイロット圧を発生させるリモコン弁と、旋回制動用の一対のブレーキ弁とを備える。

前記コントロールバルブは、前記油圧モータの両ポートに至る供給油路をブロックする（油圧ポンプから遮断する）中立位置を有するとともに、前記パイロット圧を受けるパイロットポートを有し、当該パイロット圧に対応したストロークだけ前記中立位置から前記開弁作動する。このようにして当該コントロールバルブの開度が増大することにより、前記油圧ポンプから吐出される作動油が前記ストロークに対応した向きおよび流量で前記油圧モータに導かれ、当該モータを回転させる。

前記各ブレーキ弁は、パイロット式の可変リリーフ弁により構成され、前記供給油路とタンクとの間に介在する。そして、前記操作レバーがその操作状態から急に中立位置に戻されたとき、すなわち、前記コントロールバルブが急に閉弁されたときに前記ブレーキ弁が開弁し、これにより、前記油圧モータおよび上部旋回体に強いショックが与えられるのを防止する。

特開２００１−７２３８１号公報

前記特許文献１に記載される装置では、制動のための操作が難しく、その操作に熟練を要する不都合がある。具体的に、当該装置において旋回を制動させるためには操作レバーを中立に戻す操作が必要であり、その制動度合い（減速度）は当該操作レバーの戻し具合によるのであるが、このような操作レバーの操作内容と実際の制動作用との関係を直感的に習得するには十分な経験を要する。

なお、中立位置への操作レバーの復帰操作以外の制動操作を実現する手段として、作業機械に機械式のブレーキ装置（例えばバンドブレーキ装置）を設置し、このブレーキ装置をブレーキペダルの踏込み操作に連動して作動させるものが知られているが（例えば特開２００６−９００８０号公報）、このようなメカニカルなブレーキ装置はブレーキバンドなどの磨耗が著しく、その定期的な交換のためにメンテナンス周期が短いという不便がある。また、当該ブレーキ装置の性能は土砂や水の浸入によって低下しやすく、その保護のために特別な構造が必要になる。

本発明は、このような事情に鑑み、機械式のブレーキ装置を用いることなく、直感的に把握しやすい制動操作を実現することができる旋回式作業機械の制動制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、旋回体と、この旋回体を旋回させるための油圧モータと、この油圧モータに作動油を供給するための油圧ポンプとを備えた旋回式作業機械に設けられ、前記旋回体の制動を制御するための制動制御装置であって、前記旋回体の旋回角速度に相当する情報を検出する旋回検出部と、前記油圧モータの回転方向および回転角速度を指定するために操作される旋回操作部材と、前記油圧モータと前記油圧ポンプとの間に設けられ、これら油圧モータと油圧ポンプとの間を遮断する遮断位置を有するとともに、この遮断位置から開弁することにより、その開度に対応した流量で当該油圧ポンプから前記油圧モータへの作動油の供給を許容する流量制御弁と、前記旋回操作部材の操作量に応じて前記流量制御弁の開度を増大させる流量制御弁操作部と、外部からの圧力指令信号の入力を受け、前記油圧モータの入口側および出口側にそれぞれ設けられてその入口側圧力の最高値および出口側圧力の最高値を前記圧力指令信号に対応した設定値に規制する圧力制御弁と、前記旋回操作部材とは別に設けられ、前記旋回体の旋回を制動するために操作される制動操作部材と、前記油圧モータの入口側の圧力制御弁の設定圧を当該油圧モータの駆動を可能にする圧力に保持するとともに、前記油圧モータの出口側の圧力制御弁の設定圧を前記制動操作部材の操作量に対応した制動トルクが得られる設定圧にするように、前記各圧力制御弁に前記制動操作部材の操作量に応じた圧力指令信号を入力するモータ側圧力制御手段と、前記制動操作部材の操作に対応して前記流量制御弁の開度を前記旋回操作部材の操作量に対応する開度よりも減少させる開度制限手段とを備える。

この装置によれば、機械式のブレーキ装置を具備しなくても、運転者は、旋回操作部材と、この旋回操作部材とは別に設けられた制動操作部材との併用により、直感的に把握しやすい制動動作を行うことが可能である。

具体的に、まず、前記旋回操作部材が操作されると、通常の旋回式作業機械と同様に、その操作量に対応して流量制御弁が開弁することにより油圧ポンプから油圧モータに作動油が供給され、前記操作量に対応した速度で旋回体の旋回駆動が行われる。

この旋回中に制動操作部材が操作されると、その操作量に対応して前記流量制御弁の開度が絞られて油圧モータが油圧ポンプから遮断される度合いが増す一方、前記油圧モータの出口側に設けられた圧力制御弁に圧力指令信号が入力されることにより、前記制動操作部材の操作量に対応した制動トルクが得られるように前記圧力制御弁の設定圧が調節される。これにより、前記旋回操作部材を遮断位置（例えば中立位置）に戻すといったネガティブな操作、すなわち、制動との関係を直感的に把握しにくい操作を行わなくても、要求される制動の度合いに応じた操作量で制動操作部材を操作するというポジティブな操作により、旋回体の旋回の制動を容易に行うことが可能である。

具体的に、前記各圧力制御弁としては、例えば、前記油圧モータの入口ポートおよび出口ポートに至るモータ側油路にそれぞれ接続され、リリーフ用パイロット圧の入力を受けるパイロット部を有してそのリリーフ用パイロット圧に応じた設定圧に前記油圧モータの入口側圧力および出口側圧力をそれぞれ規制するパイロット式リリーフ弁が好適である。その場合、前記モータ側圧力制御手段は、前記各圧力制御弁のパイロット部に接続され、リリーフ圧指令信号を受けてそのリリーフ圧指令信号に対応した圧力に前記リリーフ用パイロット圧を調節するリリーフ圧制御弁と、前記制動操作部材の操作量に対応した制動トルクが得られるように前記油圧モータの出口側の圧力制御弁に対応するリリーフ圧制御弁に前記制動操作部材の操作量に応じたリリーフ圧指令信号を入力するリリーフ圧指令信号入力部とを有するものが好適である。このモータ側圧力制御手段は、前記リリーフ圧制御弁にリリーフ圧指令信号を入力するという簡単な動作で、前記パイロット式リリーフ弁のリリーフ用パイロット圧（リリーフ圧）を変化させて油圧モータの入口側圧力および出口側圧力を適正に制御することが可能である。

この場合、前記モータ側圧力制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧（ポンプ圧）を前記油圧モータの入口側の圧力制御弁のパイロット部に導く油路を含み、この油路に前記リリーフ圧制御弁が設けられることが、より好ましい。このような圧力制御弁のパイロット部へのポンプ圧の導入は、前記リリーフ圧制御弁の容量が比較的小さい場合であっても、入口側の圧力制御弁のリリーフ用パイロット圧が最低でもポンプ圧以上に保持されることを可能にし、これにより、前記油圧モータを駆動するために必要な入口側圧力の確保を可能にする。また、このようにポンプ圧が利用されることにより、前記入口側圧力の確保のために専用の油圧源を付設する必要がなくなる。

さらに、前記モータ側圧力制御手段が、前記油圧ポンプの吐出圧を一方の圧力制御弁のパイロット部に導く油路を開通するとともに他方の圧力制御弁のパイロット部をタンクに連通する第１の位置と、前記油圧ポンプの吐出圧を前記他方の圧力制御弁のパイロット部に導く油路を開通するとともに前記一方の圧力制御弁のパイロット部をタンクに連通する第２の位置とを有する油路切換弁と、前記旋回体の旋回方向に応じて前記油路切換弁の位置を切換える切換操作手段とを有するものであれば、前記油圧モータが正逆両方向の回転に使用される場合にもこれに対応することが可能である。

具体的に、前記一方の圧力制御弁の側から油圧モータに作動油が供給される場合には、前記油路切換弁が前記第１の位置に切換えられることにより、当該一方の圧力制御弁すなわち入口側の圧力制御弁のリリーフ圧がポンプ圧以上の圧力に保持されるとともに、前記他方の圧力制御弁すなわち制動制御に用いられる出口側の圧力制御弁のリリーフ圧の下限がタンク圧まで広げられる。逆に、前記他方の圧力制御弁の側から油圧モータに作動油が供給される場合には、前記油路切換弁が前記第２の位置に切換えられることにより、当該他方の圧力制御弁すなわち入口側の圧力制御弁のリリーフ圧がポンプ圧以上の圧力に保持されるとともに、前記一方の圧力制御弁すなわち出口側の圧力制御弁のリリーフ圧の下限がタンク圧まで広げられる。

本発明において、前記流量制御弁としては、一般的なパイロット切換弁、すなわち、流量操作用パイロット圧の入力を受ける一対のパイロット部を有し、その流量操作用パイロット圧が入力されたパイロット部に対応する向きにその流量操作用パイロット圧に対応したストロークで開弁するパイロット切換弁を用いることが可能である。その場合、前記流量制御弁操作部は、前記各パイロット部にパイロット油路を介して接続され、前記旋回操作部材の操作の向きに対応したパイロット部に対して当該旋回操作部材の操作量に対応した流量操作用パイロット圧を供給するパイロット圧供給部と、前記各パイロット油路に設けられ、パイロット圧指令信号の入力を受けてそのパイロット圧指令信号に対応した圧力まで前記流量制御弁のパイロット部に入力される流量操作用パイロット圧を制限するパイロット圧制限弁と、前記制動操作部材の操作量に対応したパイロット圧指令信号を前記旋回操作部材の操作の向きに対応したパイロット圧制限弁に入力するパイロット圧指令信号入力部とを有するものが好適である。

この流量制御弁操作部は、前記旋回操作部の操作と前記流量制御弁（パイロット切換弁）の開弁動作との対応を確保しつつ、そのパイロット油路に設けられたパイロット圧制限弁に対してパイロット圧指令信号を入力するという簡単な構成で、前記流量制御弁の開度の制限を実現することができる。

本発明に係る制動制御装置は、その制御モードを、前記旋回操作部材と前記制動操作部材とが同時に操作されたときに当該旋回操作部材の操作を優先する旋回操作優先モードと、前記旋回操作部材と前記制動操作部材とが同時に操作されたときに当該制動操作部材の操作を優先する制動操作優先モードとの間で切換えるために操作されるモード切換手段を備え、前記開度制限手段が、前記制御モードが前記制動操作優先モードに切換えられたときにのみ前記制動操作部材の操作に対応して前記流量制御弁の開度を前記旋回操作部材の操作量に対応する開度よりも減少させるものであってもよい。

このようなモード切換手段の具備は、運転者による操作態様の選択の幅を広げる。具体的に、運転者は、前記制動操作優先モードを選択することにより、上述のように、旋回操作部材の操作により旋回体を旋回させながら、制動操作部材の操作によってその旋回の制動を行わせることができる一方、前記旋回操作優先モードを選択すれば、制動操作部材の操作にかかわらず、旋回操作部材の操作内容を常に旋回体の旋回およびその制動に対応させることができる。

以上のように、本発明に係る装置は、旋回操作部材とは別に設けられる制動操作部材を備え、この制動操作部材の操作量に対応した制動トルクが得られるように油圧モータ出口側の圧力制御弁の設定圧が操作されるとともに、前記制動操作部材の操作量に応じて流量制御弁の開度が絞られるものであるので、機械式のブレーキ装置を用いることなく、直感的に把握することが容易な前記制動操作部材の操作による旋回制動を実現することができる効果がある。

本発明の各実施の形態に係る旋回式作業機械であるクレーンの概略を示す正面図である。本発明の第１の実施の形態に係る油圧モータおよびこれを駆動するための油圧回路を示す図である。前記油圧モータの駆動を制御するためのコントローラの機能構成を示すブロック図である。前記コントローラの演算制御動作を示すフローチャートである。前記コントローラにおいて決定されるブレーキ係数とブレーキペダル操作量との関係を示すグラフである。前記コントローラにおいて決定されるパイロット圧指令電流とブレーキペダル操作量およびエンジン回転数との関係を示すグラフである。本発明の第２の実施の形態に係る油圧モータおよびこれを駆動するための油圧回路を示す図である。本発明の第３の実施の形態に係る油圧モータおよびこれを駆動するための油圧回路を示す図である。本発明の第４の実施の形態に係る油圧モータおよびこれを駆動するための油圧回路を示す図である。本発明の第５の実施の形態に係る油圧モータおよびこれを駆動するための油圧回路を示す図である。

本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態では図１に示すようなクレーンに本発明装置が適用されるが、本発明の適用対象となる旋回式作業機械は、油圧により旋回駆動される旋回体を有するものであればよく、例えば上部旋回体を有する油圧ショベルであってもよい。

図１は、この実施の形態に係るクレーンの概略を示す。このクレーンは、下部走行体１０と、この下部走行体１０に所定の縦軸Ｏｚ回りに旋回可能に搭載される上部旋回体１２とを備え、前記下部走行体１０には複数のアウトリガジャッキ１４が設けられる。上部旋回体１２は、ブーム支持部材１５と、このブーム支持部材１５に連結される伸縮可能なブーム１６と、起伏シリンダ１７とを含む。前記ブーム支持部材１５は、前記ブーム１６の基端部を支持し、このブーム１６の基端部は、水平軸回りに回動可能（すなわちブーム１６が起伏可能）となるように前記ブーム支持部材１５に連結される。

前記ブーム１６の先端部１８からは吊り具２０が吊下げられる。当該ブーム１６の基端部の背面にはウインチ２２が搭載され、このウインチ２２のドラムから引き出されたロープ２４が前記ブーム１６の先端部１８と前記吊り具２０との間に掛け渡されている。前記吊り具２０は、これに吊り荷２６を吊り下げるためのフックを有する。

前記下部走行体１０には、動力源である図略のエンジンが搭載されるとともに、その出力を利用して前記上部旋回体１２を旋回駆動するための油圧回路が搭載される。これを図２に示す。この油圧回路は、油圧ポンプ３０と、油圧モータ３２と、コントロールバルブ３４とを含む。

前記油圧ポンプ３０は、前記エンジンにより駆動されることにより作動油を吐出して前記油圧モータ３２に供給する。この油圧ポンプ３０に接続される吐出油路には、メインリリーフ弁３３が接続される。このメインリリーフ弁３３は前記油圧ポンプ３０の吐出圧（ポンプ圧）を所定の圧力以下に規制する。

油圧モータ３２は、前記上部旋回体１２に連結される出力軸と、一対のポート３２ａ，３２ｂとを有し、これらのポート３２ａ，３２ｂのうちの一方に前記作動油が供給されることにより、その供給の向きと対応する向きに前記上部旋回体１２を旋回させる。具体的には、前記油圧モータ３２の一方のポートから他方のポートへ作動油が流れることにより当該油圧モータ３２の出力軸が作動し、その作動油の流量（モータ流量）に対応した角速度で、その作動油の流れの向きに対応する向きに前記上部旋回体１２を旋回させる。

前記コントロールバルブ３４は、前記油圧ポンプ３０と前記油圧モータ３２との間に設けられる。この実施の形態に係るコントロールバルブ３４は、３位置６ポートの油圧パイロット切換弁により構成され、前記油圧ポンプ３０から前記油圧モータ３２に供給される作動油の向きを切換える方向切換弁としての機能と、その作動油の流量を変化させる流量制御弁としての機能を併有する。

具体的に、このコントロールバルブ３４は、図略のスリーブおよびこのスリーブ内を摺動するスプールを有し、このスプールは、図の中央に示される中立位置（遮断位置）と、図の左右に示される供給位置とを有する。コントロールバルブ３４は、前記中立位置では、前記油圧モータ３２を前記油圧ポンプ３０およびタンクから遮断するとともに油圧ポンプ３０の吐出油をタンクに逃がす油路を形成する。図２の左側の供給位置では、前記油圧ポンプ３０の吐出油を一方のモータ側油路３１Ａを通じて前記油圧モータ３２のポート３２ａに導くとともに同モータ３２のポート３２ｂから排出される作動油を他方のモータ側油路３１Ｂを通じてタンクに逃がすための油路を形成する。逆に図の右側の供給位置では、前記油圧ポンプ３０の吐出油を前記モータ側油路３１Ｂを通じて前記油圧モータ３２のポート３２ｂに導くとともに同モータ３２のポート３２ａから排出される作動油を前記モータ側油路３１Ａを通じてタンクに逃がすための油路を形成する。前記両供給位置において形成される油路の開口面積は、前記中立位置からの前記スプールの摺動ストロークに対応して増大する。

このコントロールバルブ３４は、一対のパイロットポート３４ａ，３４ｂを有し、そのうちのパイロットポート３４ａにパイロット圧（流量操作用パイロット圧）が入力されるときにそのパイロット圧に対応したストロークで前記中立位置から前記左側供給位置へ開弁作動する。逆に、パイロットポート３４ｂにパイロット圧が入力されるときにそのパイロット圧に対応したストロークで前記右側供給位置に開弁作動する。

クレーンの運転室内には、前記コントロールバルブ３４を操作するための操作装置４０が設けられる。この操作装置４０は、旋回操作部材である操作レバー４２と、この操作レバー４２に接続されるリモコン弁４４と、前記コントロールバルブ３４のパイロット油圧源であるパイロットポンプ４６とを有する。操作レバー４２は、運転室内に設けられ、上部旋回体１２を旋回させるために左右方向に倒伏するように操作される。リモコン弁４４は、前記パイロットポンプ４６と前記コントロールバルブ３４の各パイロットポート３４ａ，３４ｂとの間に介在し、両パイロットポート３４ａ，３４ｂのうち前記操作レバー４２の操作方向に対応する側のパイロットポートに向けて、その操作量に対応したパイロット圧を出力する。つまり、このリモコン弁４４は前記パイロットポンプ４６とともにパイロット圧供給部を構成する。

この実施の形態では、前記リモコン弁４４から前記各パイロットポート３４ａ，３４ｂにそれぞれ至るパイロット油路中にパイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂがそれぞれ設けられる。

これらのパイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂは、後述の旋回制動のために、前記操作レバー４２の操作量にかかわらずその操作に伴って前記パイロットポート３４ａ（または３４ｂ）に入力されるパイロット圧を所定の圧力に制限するもので、この実施の形態では、それぞれ、ソレノイドを有する電磁比例減圧弁により構成される。すなわち、前記パイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂは、それぞれに入力される油圧（リモコン弁４４の二次圧）にかかわらず、当該パイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂの二次圧を前記ソレノイドに入力される電気信号（パイロット圧指令信号）に比例した圧力まで制限し、その制限した圧力をパイロット圧として前記パイロットポート３４ａ，３４ｂに付与する。

一方、前記各モータ側油路３１Ａ，３１Ｂ、すなわち、油圧モータ３２の各ポート３２ａ，３２ｂと前記コントロールバルブ３４の出力ポートとをそれぞれ接続する供給油路には、それぞれ圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂが接続される。

これらの圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂは、前記油圧モータ３２の入口側圧力および出口側圧力を制御するためのもので、この実施の形態では、いずれも油圧パイロット式の可変リリーフ弁により構成される。すなわち、各圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂは、それぞれ、パイロット圧（リリーフ用パイロット圧）の入力を受けるパイロットポート５０ａ，５０ｂを有し、当該圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂの一次圧（モータ側油路３１Ａ，３１Ｂ内の圧力）が前記パイロットポート５０ａ，５０ｂに入力されるパイロット圧に対応した設定圧（リリーフ圧）に達した時点で開弁する。

この装置では、前記各圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのリリーフ用パイロット圧を操作するためのリリーフ圧操作手段として、各圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのパイロットポート５０ａ，５０ｂに接続されるリリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂと、その下流側に設けられる油路切換弁５４とを備える。

前記各リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂは、この実施の形態では、いずれも電磁比例リリーフ弁により構成される。すなわち、前記各リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂは、ソレノイドを有し、当該リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂの一次圧（パイロットポート５０ａ，５０ｂ側の圧力）が前記ソレノイドに入力されるリリーフ圧指令信号（すなわちリリーフ圧指令電流）に対応した圧力以上であるときに開弁する。つまり、各リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂは、前記各リリーフ用パイロット圧を前記リリーフ圧指令電流に相当する圧力以下の圧力に規制する。

前記油路切換弁５４は、前記両リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂと油圧ポンプ３０およびタンクとの間に介在するもので、当該リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂの二次側の油路の切換を行う。この実施の形態に係る油路切換弁５４は、３位置電磁切換弁により構成され、図の中央の中立位置と、左側の第１位置と、右側の第２位置とを有する。前記中立位置では、前記油圧ポンプ３０の吐出圧（ポンプ圧）を両リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂを通じて両圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのパイロットポート５０ａ，５０ｂに導く油路を開通する。前記第１位置では、前記ポンプ圧をリリーフ圧制御弁５２Ａを介して一方の圧力制御弁５０Ａのパイロットポート５０ａに導く油路を開通するとともに、他方の圧力制御弁５０Ｂのパイロットポート５０ｂをリリーフ圧制御弁５２Ｂを介してタンクに連通する。前記第２位置では、前記ポンプ圧をリリーフ圧制御弁５２Ｂを介して前記圧力制御弁５０Ｂのパイロットポート５０ｂに導く油路を開通するとともに、前記圧力制御弁５０Ａのパイロットポート５０ａをリリーフ圧制御弁５２Ａを介してタンクに連通する。

このクレーンには、種々のセンサ類が搭載される。そのうち、後述の旋回制動制御に寄与するセンサとして、図２および図３に示されるポテンショメータ５７、および一対の圧力センサ５６Ａ，５６Ｂが配設される。ポテンショメータ５７は、前記油圧モータ３２の出力軸に接続され、当該出力軸の回転角度位置、換言すれば、前記上部旋回体１２の旋回角度位置θに相当する検出信号を出力する。圧力センサ５６Ａ，５６Ｂは、前記リモコン弁４４の左右の出力ポートからそれぞれ出力される油圧（すなわち前記操作レバー４２の操作量に対応する油圧）に相当する検出信号を出力する。これらの検出信号は、操作レバー４２の操作の向き、すなわち、上部旋回体１２の旋回の向きの把握を可能にする。

一方、運転室内には、前記操作レバー４２の他、制動操作装置５８およびモード切換スイッチ（モード切換手段）５９が設けられる。

前記制動操作装置５８は、旋回制動のために踏み込み操作されるブレーキペダル（制動操作部材）５８ａと、その踏込み操作量に対応する操作信号を出力するペダル用ポテンショメータ５８ｂとを有する。

モード切換スイッチ５９は、この制動制御装置の制御モードを制動操作優先モードと旋回操作優先モードとの間で選択的に切換えるために操作されるもので、その切換に対応したモード指令信号を出力する。ここで、前記制動操作優先モードは、前記操作レバー４２と前記制動操作装置５８とが同時に操作されたときに後者の操作を優先するモードであり、前記旋回操作優先モードは前者の操作を優先するモードである。

前記各モードでの制御はコントローラ６０により実行される。このコントローラ６０は、マイクロコンピュータ等からなり、前記各センサの検出信号、並びに前記制動操作装置５８および前記モード切換スイッチ５９がそれぞれ出力する信号を受けて、旋回制動のための演算制御動作を実行する。

前記旋回制動制御のため、コントローラ６０は、図３に示すような機能構成を有する。すなわち、当該コントローラ６０は、旋回角速度演算部６２、リリーフ圧指令信号入力部６４、リリーフ圧切換操作部６６、およびパイロット圧指令信号入力部６８を有する。

前記旋回角速度演算部６２は、前記ポテンショメータ５７により検出される旋回角度位置θの時間変化率である旋回角速度ωを演算する。すなわち、この旋回角速度演算部６２は、前記ポテンショメータ５７とともに、本発明に係る制動制御装置の「旋回検出部」を構成する。

リリーフ圧指令信号入力部６４は、旋回角速度演算部６２により演算される現在の旋回角速度ωと、制動操作装置５８のポテンショメータ５８ｂから出力される信号（ブレーキペダル５８ａの踏込み操作量Ｓｐに関する信号）とに基づき、当該信号に対応した制動トルクが得られるように、前記油圧モータ３２の出口側の圧力制御弁に対応するリリーフ圧制御弁（例えば右旋回の場合には図２の右側の圧力制御弁５０Ｂに対応するリリーフ圧制御弁５２Ｂ）にリリーフ圧指令電流（リリーフ圧指令信号）を入力する。

なお、入口側の圧力制御弁のリリーフ圧は旋回制動に特に影響はないが、この実施の形態では、後に詳述するように、演算制御動作の簡略化のため、両リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂに対して同一のリリーフ圧指令信号が入力される。

前記リリーフ圧切換操作部６６は、前記圧力センサ５８Ａ，５８Ｂの出力信号により認識される上部旋回体１２の旋回方向（つまり操作レバー４２の操作方向）に基づき、前記油路切換弁５４のソレノイドに電気信号を出力してその位置を切換える。具体的に、このリリーフ圧切換操作部６６は、前記操作レバー４２が中立位置にあるときは前記油路切換弁５４も中立位置とする。前記操作レバー４２が左旋回方向に操作されたとき、すなわち前記コントロールバルブ３４が左側供給位置に切換えられて圧力制御弁５０Ａがモータ入口側、圧力制御弁５０Ｂがモータ出口側となるような向きに油圧モータ３２が駆動されるときは、前記油路切換弁５４の位置を第１位置に切換え、前記操作レバー４２が右旋回方向に操作されたとき、すなわち前記コントロールバルブ３４が右側供給位置に切換えられて圧力制御弁５０Ｂがモータ入口側、圧力制御弁５０Ａがモータ出口側となるような向きに油圧モータ３２が駆動されるときは、前記油路切換弁５４の位置を第２位置に切換える。

前記パイロット圧指令信号入力部６８は、原則として、前記ブレーキペダル５８ａの踏込み操作量Ｓｐとエンジン回転数とに基づいてパイロット圧指令信号を作成し、このパイロット圧指令信号を前記操作レバー４２の操作の向きに対応したパイロット圧制限弁（例えば操作レバー４２が左旋回方向に操作されたときは図２の左側のパイロット圧制限弁４８Ａ）のソレノイドに入力し、これによりコントロールバルブ３４の開度を前記ペダル操作量Ｓｐに応じて制限する。

ただし、この実施の形態に係るパイロット圧指令信号入力部６８は、前記モード切換スイッチ５９の操作により選択された制御モードが旋回操作優先モードである場合には、前記ブレーキペダル５８ａの操作にかかわらず、前記パイロット圧指令信号の作成および出力は行わない。換言すれば、当該パイロット圧指令信号入力部６８は、前記制御モードが制動操作優先モードである場合にのみ前記パイロット圧指令信号の入力によるパイロット圧の制限（コントロールバルブ３４の開度の制限）を行う。

次に、このコントローラ６０が行う具体的な演算制御動作を、図４のフローチャート並びに図５および図６のグラフを併せて参照しながら説明する。

１）各状態量の取込み（図４のステップＳ１）
コントローラ６０は、まず、各状態量の取込みを行う。当該状態量には、上述した各センサにより検出される量の他、操作レバー４２の操作量やブレーキペダル５８ａの踏込み操作量Ｓｐも含まれる。

２）リリーフ圧指令電流の演算（図４のステップＳ２〜Ｓ４）
コントローラ６０のリリーフ圧指令信号入力部６４は、ブレーキペダル５８ａの踏込み操作量Ｓｐに基づいてブレーキトルクＴｂを演算する。

具体的には、まず、後述のブレーキトルク（制動トルク）Ｔｂを演算するためのブレーキ係数Ｋｂを決定する（ステップＳ２）。このブレーキ係数Ｋｂには、前記操作量Ｓｐが大きいほど大きな値が設定される。具体的に、前記リリーフ圧指令信号入力部６４は、例えば図５に示されるようなブレーキペダル操作量Ｓｐ−ブレーキ係数Ｋｂの特性を演算式あるいはテーブルといった態様で記憶しており、その記憶した情報と前記操作量Ｋｂとに基いてブレーキ係数Ｋｂを決定する。

そして、当該リリーフ圧指令信号入力部６４は、前記ブレーキ係数Ｋｂを旋回角速度ωに乗じたものをブレーキトルクＴｂとして演算し（ステップＳ３）、このブレーキトルクＴｂを得るためのリリーフ圧指令電流を演算する（ステップＳ４）。具体的には、当該ブレーキトルクＴｂに適当な係数Ｋｒを乗じたものを前記リリーフ圧指令電流として演算する。

このリリーフ圧指令電流は、本来は前記圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのうちモータ出口側の圧力制御弁のリリーフ圧を操作するために演算されるものであるが、この実施の形態に係る油圧回路ではモータ入口側の圧力制御弁のリリーフ圧は実質上制動制御に影響を及ぼさないので、演算内容の簡略化のために旋回方向に関係なく両圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂについて共通のリリーフ圧指令電流が演算される。

３）パイロット圧指令電流の演算（ステップＳ５，Ｓ６）
コントローラ６０のパイロット圧指令信号入力部６８は、モード切換スイッチ５９により選択された制御モードが制動操作優先モードである場合に（ステップＳ５でＹＥＳ）、ブレーキペダル５８ａの操作量Ｓｐに対応したパイロット圧指令電流を演算する。この実施の形態に係るパイロット圧指令信号入力部６８は、図６に示すようなマップを記憶しており、このマップに基づき、前記操作量Ｓｐとエンジン回転数とに対応する前記パイロット圧指令電流を決定する。この実施の形態では、当該図６に示されるように、ブレーキペダル５８ａの操作量Ｓｐが小さいほど、またエンジン回転数が低いほど、大きなパイロット圧指令電流が演算される。

なお、前記制御モードが旋回操作優先モードである場合（ステップＳ５でＮＯ）、パイロット圧指令信号入力部６８はブレーキペダル５８ａの操作量Ｓｐに関係なくパイロット圧指令電流を最大値に設定する（ステップＳ９）。すなわち、この場合は、当該パイロット圧指令信号入力部６８およびパイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂによる流量操作用パイロット圧の制限は行われない。

４）油路切換弁５４の切換および各指令電流の出力（ステップＳ７，Ｓ８）
リリーフ圧切換操作部６６は、現在の旋回方向（すなわち操作レバー４２の操作方向）に応じて油路切換弁５４の位置を切換え、両圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのうちモータ入口側の圧力制御弁のパイロットポートにポンプ圧を導き、モータ出口側の圧力制御弁のパイロットポートをタンクに連通可能な状態にする（ステップＳ８）。そして、前記リリーフ圧指令信号入力部６４および前記パイロット圧指令信号入力部６８が、それぞれ、リリーフ圧制御弁５２Ａ（または５２Ｂ）のソレノイドおよびパイロット圧制限弁４８Ａ（または４８Ｂ）のソレノイドに指令電流を入力する（ステップＳ９）。

以上示したようなコントローラ６０の演算制御動作は、運転者が次のようにして直感的に把握が容易な旋回操作および旋回制動操作を行うことを可能にする。

まず、制御モードとして制動操作優先モードが選択されている場合（図４のステップＳ５でＹＥＳ）を想定する。この場合において、制動操作がされていないとき、すなわち、ブレーキペダル５８ａの操作量Ｓｐが０であるときは、コントローラ６０からパイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂに入力されるパイロット圧指令信号はいずれも最大であり（図４のステップＳ６および図６）、当該パイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂによる流量操作用パイロット圧の制限（減圧）は行われない。一方、リリーフ圧指令電流は０であり（ステップＳ４）、よって両リリーフ圧制御弁５０Ａ，５０Ｂは開弁状態を維持する。

この状態で操作レバー４２が操作されると、コントロールバルブ３４のパイロットポート３４ａ，３４ｂのうち前記操作の向きに対応したパイロットポートに対し当該操作の操作量に対応した流量操作用パイロット圧が供給される。このパイロット圧は、当該パイロット圧に対応する開度でコントロールバルブ３４を開弁させ、油圧モータ３２に対して前記操作の向きに対応したポートから前記操作量に対応した流量で作動油が供給される状態にする。

その一方、コントローラ６０は、油路切換弁５４を操作レバー４２の操作方向に対応する位置（例えば圧力制御弁５０Ａが油圧モータ３２の入口側となる左旋回操作がされているときは図の左位置）に切換え（図４のステップＳ７）、モータ入口側の圧力制御弁のパイロットポートにリリーフ圧制御弁を通じてポンプ圧を導くことが可能な油路（例えば圧力制御弁５０Ａのパイロットポート５０ａにリリーフ圧制御弁５２Ａを通じてポンプ圧を導くことが可能な油路）を開通するとともに、モータ出口側の圧力制御弁のパイロットポートをリリーフ圧制御弁を通じてタンクに連通することが可能な油路（例えば圧力制御弁５０Ｂのパイロットポート５０ｂをリリーフ圧制御弁５２Ｂを通じてタンクに連通することが可能な油路）を開通する。これにより、リリーフ圧制御弁の容量の大小にかかわらず、前記作動油の供給によって油圧モータ３２を駆動することを可能にするだけのモータ入口圧（ポンプ圧以上の圧力）が確保される一方、モータ出口側の圧力制御弁のリリーフ圧の調節範囲の下限がタンク圧まで拡大される。

このようにして上部旋回体１２が旋回駆動されている状態から当該旋回を適当な減速度で制動したい場合、従来の装置では微妙な加減をしながら操作レバー４２を中立位置へ近づけるといった難易度の高い操作をする必要がある。これに対し、この実施の形態に係る装置では、前記操作レバー４２を操作しなくても、前記減速度に対応するような操作量Ｓｐでブレーキペダル５８ａを踏込むだけで適正な制動を行うことが可能である。

具体的に、前記踏込みが行われると、コントローラ６０は、その踏込み操作量Ｓｐに対応するパイロット圧指令電流を演算し（図４のステップＳ６および図６）、パイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂのうち旋回方向に対応するパイロット圧制限弁のソレノイドに前記パイロット圧指令電流を入力する（図４のステップＳ８）。図６に示されるように、前記操作量Ｓｐが大きいほど小さいパイロット圧指令電流が演算され、パイロット圧制限弁の二次圧が下げられるので、その分コントロールバルブ３４の中立位置からのストロークが小さくなり、開度が絞られて、油圧ポンプ３０およびタンクからの油圧モータ３２の遮断度合い（閉じ込め度合い）が大きくなる。

その一方、コントローラ６０は、ブレーキトルクＴｂおよびこれに対応するリリーフ圧指令電流を演算し（図４のステップＳ２〜Ｓ４）、このリリーフ圧指令電流を、リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂのうち出口側の圧力制御弁に対応するリリーフ圧制御弁のソレノイドに入力する（ステップＳ８）。これにより、前記操作量Ｓｐに応じた減速度で油圧モータ３２の出力軸および上部旋回体１２の回転に制動を与えることが実現される。つまり、運転者は、操作レバー４２の操作量を変えなくても、ブレーキペダル５８ａを踏込むことでその踏込み操作量Ｓｐに対応した減速度で上部旋回体１２の旋回を制動させることができる。

これに対し、制御モードとして旋回操作優先モードが選択されている場合（ステップＳ５でＮＯ）、コントローラ６０はブレーキペダル５８ａの操作にかかわらず両パイロット圧制限弁４８Ａ，４８Ｂに対するパイロット圧指令電流を最大に保つ（ステップＳ９）。従って、この場合は、ブレーキペダル５８ａの踏込みに関係なく、コントロールバルブ３４の動作は専ら操作レバー４２の操作に追従する。つまり、操作レバー４２の操作によってのみ上部旋回体１２の旋回の加減速がなされる。運転者は、その好みにあった制御モードを前記モード切換スイッチ５９の操作によって選択することができる。

なお、本発明において、前記圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのリリーフ圧を制御するための回路としては、種々の態様を採用することが可能である。

例えば、本発明の第２の実施の形態として図７に示される回路では、前記第１の実施の形態に係る両リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂが省略され、これに代えて油路切換弁５４の二次側（タンク側）に単一のリリーフ圧制御弁５３が設けられる。このリリーフ圧制御弁５３は、前記リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂと同じく電磁比例リリーフ弁で構成されることが可能である。このリリーフ圧制御弁５３は、前記油路切換弁５４とタンクとの間の位置に設けられることにより、双方の圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのリリーフ圧を制御するための弁として兼用される。

ここで、前記油圧モータ３２の入口側圧力を確保する（つまり当該入口側の圧力制御弁のリリーフ圧を確保する）手段は、前記第１および第２の実施の形態に示されるように油圧ポンプ３０のポンプ圧を利用するものに限られない。例えば、当該油圧ポンプ３０（すなわちメインポンプ）に加え、前記リリーフ圧を確保するための専用の油圧ポンプが併設されてもよい。

本発明の第３の実施の形態として図８に示される回路は、前記第１の実施の形態に係る油路切換弁５４を有さず、両リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂの二次側がいずれも直接タンクに接続され、その一次側に逆止弁が設けられている。油圧モータ３２の駆動のために要求されるモータ入口圧が比較的低く、あるいは当該入口圧を確保するのにリリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂが十分な容量を有する場合は、この第３の実施の形態のように両リリーフ圧制御弁５２Ａ，５２Ｂの二次側がタンクに接続されていてもよい。この場合、非制動時のモータ入口圧の確保は、その入口側のリリーフ圧制御弁の開度の絞り（リリーフ圧指令電流の増加）により行われる。

本発明の第４の実施の形態として図９に示される回路では、前記第２の実施の形態に係る回路すなわち図７に示される回路において、当該図７に示される油路切換弁５４に代え、ポンプ圧を導くための油路を有しない油路切換弁５５が設けられ、この油路切換弁５５と各圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのパイロットポート５０ａ，５０ｂとの間にそれぞれ逆止弁が設けられる。

前記油路切換弁５５は３位置パイロット切換弁で構成される。その一方のパイロットポート５５ａはコントロールバルブ３４のパイロットポート３４ａにつながるパイロット油路であって前記パイロット圧制限弁４８Ａの一次側の油路に接続され、他方のパイロットポート５５ｂはコントロールバルブ３４のパイロットポート３４ｂにつながるパイロット油路であって前記パイロット圧制限弁４８Ｂの一次側の油路に接続されている。

この油路切換弁５５は、その両パイロットポート５５ａ，５５ｂのいずれにもパイロット圧が供給されないとき、すなわち前記操作レバー４２が中立位置にあるときは、両圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのパイロットポート５０ａ，５０ｂをともにタンク側のリリーフ圧制御弁５３に接続する中立位置を保つ。これに対し、操作レバー４２が左旋回操作されるときは、流量操作用パイロット圧が前記パイロットポート５５ａに伝えられることにより、圧力制御弁５０Ａのパイロットポート５０ａを前記リリーフ圧制御弁５３に接続してリリーフ圧制御を可能にするとともに圧力制御弁５０Ｂのパイロットポート５０ｂを閉じ込める位置（図の下位置）に油路切換弁５５が切換えられる。逆に操作レバー４２が右旋回操作されたときは、前記流量操作用パイロット圧が前記パイロットポート５５ｂに供給されることにより、圧力制御弁５０Ｂのパイロットポート５０ｂを前記リリーフ圧制御弁５３に接続してリリーフ圧制御を可能にするとともに圧力制御弁５０Ａのパイロットポート５０ａを閉じ込める位置（図の上位置）に油路切換弁５５が切換えられる。

さらに、本発明の第５の実施の形態として図１０に示されるように、前記図９に示される油路切換弁５５も省略されることが可能である。この図１０に示される回路では、両圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのパイロットポート５０ａ，５０ｂが共通のリリーフ圧制御弁５３を介して油圧ポンプ３０の吐出油路に接続されている。この回路では、各圧力制御弁５０Ａ，５０Ｂのパイロット圧としてポンプ圧以上の圧力が保証されるとともに、共通のリリーフ圧制御弁５３の操作によって、両圧力制御弁５０ａ，５０ｂのリリーフ圧が同時操作される。

本発明において、前記制御モードの切換は必ずしも要しない。すなわち、本発明に係る装置は、旋回操作と制動操作が同時に行われる場合に常に制動操作を優先させる制御（例えば図４のフローチャートにおいてステップＳ６のパイロット圧指令電流の演算を行う制御）を行うものであってもよい。

１２上部旋回体
３０油圧ポンプ
３１Ａ，３１Ｂモータ側油路
３２油圧モータ
３４コントロールバルブ
３４ａ，３４ｂパイロットポート
４０操作装置
４２操作レバー（旋回操作部材）
４４リモコン弁（パイロット圧出力部）
４６パイロットポンプ（パイロット圧出力部）
４８Ａ，４８Ｂパイロット圧制限弁
５０Ａ，５０Ｂ圧力制御弁
５０ａ，５０ｂパイロットポート
５２Ａ，５２Ｂ，５３リリーフ圧制御弁
５４油路切換弁
５７ポテンショメータ（旋回検出部を構成）
５８制動操作装置
５８ａブレーキペダル（制動操作部材）
５９モード切換スイッチ（モード切換手段）
６０コントローラ
６２旋回角速度演算部（旋回検出部を構成）
６４リリーフ圧指令信号入力部
６６リリーフ圧切換操作部
６８パイロット圧指令信号入力部

Claims

旋回体と、この旋回体を旋回させるための油圧モータと、この油圧モータに作動油を供給するための油圧ポンプとを備えた旋回式作業機械に設けられ、前記旋回体の制動を制御するための制動制御装置であって、
前記旋回体の旋回角速度に相当する情報を検出する旋回検出部と、
前記油圧モータの回転方向および回転角速度を指定するために操作される旋回操作部材と、
前記油圧モータと前記油圧ポンプとの間に設けられ、これら油圧モータと油圧ポンプとの間を遮断する遮断位置を有するとともに、この遮断位置から開弁することにより、その開度に対応した流量で当該油圧ポンプから前記油圧モータへの作動油の供給を許容する流量制御弁と、
前記旋回操作部材の操作量に応じて前記流量制御弁の開度を増大させる流量制御弁操作部と、
外部からの圧力指令信号の入力を受け、前記油圧モータの入口側および出口側にそれぞれ設けられてその入口側圧力の最高値および出口側圧力の最高値を前記圧力指令信号に対応した設定値に規制する圧力制御弁と、
前記旋回操作部材とは別に設けられて前記旋回体の旋回を制動するために操作される制動操作部材と、
前記油圧モータの入口側の圧力制御弁の設定圧を当該油圧モータの駆動を可能にする圧力に保持するとともに、前記油圧モータの出口側の圧力制御弁の設定圧を前記制動操作部材の操作量に対応した制動トルクが得られる設定圧にするように、前記各圧力制御弁に前記制動操作部材の操作量に応じた圧力指令信号を入力するモータ側圧力制御手段と、
前記制動操作部材の操作に対応して前記流量制御弁の開度を前記旋回操作部材の操作量に対応する開度よりも減少させる開度制限手段とを備えたことを特徴とする旋回式作業機械の制動制御装置。
請求項１記載の旋回式作業機械の制動制御装置において、
前記各圧力制御弁は、前記油圧モータの入口ポートおよび出口ポートに至るモータ側油路にそれぞれ接続され、リリーフ用パイロット圧の入力を受けるパイロット部を有してそのリリーフ用パイロット圧に応じた設定圧に前記油圧モータの入口側圧力および出口側圧力をそれぞれ規制する油圧パイロット式リリーフ弁であり、
前記モータ側圧力制御手段は、前記各圧力制御弁のパイロット部に接続され、リリーフ圧指令信号を受けてそのリリーフ圧指令信号に対応した圧力に前記リリーフ用パイロット圧を調節するリリーフ圧制御弁と、前記制動操作部材の操作量に対応した制動トルクが得られるように前記油圧モータの出口側の圧力制御弁に対応するリリーフ圧制御弁に前記制動操作部材の操作量に応じたリリーフ圧指令信号を入力するリリーフ圧指令信号入力部とを有することを特徴とする旋回式作業機械の制動制御装置。
請求項２記載の旋回式作業機械の制動制御装置において、
前記モータ側圧力制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧を前記油圧モータの入口側の圧力制御弁のパイロット部に導く油路を含み、この油路に前記リリーフ圧制御弁が設けられることを特徴とする旋回式作業機械の制動制御装置。
請求項３記載の旋回式作業機械の制動制御装置において、
前記モータ側圧力制御手段は、前記油圧ポンプの吐出圧を一方の圧力制御弁のパイロット部に導く油路を開通するとともに他方の圧力制御弁のパイロット部をタンクに連通する第１の位置と、前記油圧ポンプの吐出圧を前記他方の圧力制御弁のパイロット部に導く油路を開通するとともに前記一方の圧力制御弁のパイロット部をタンクに連通する第２の位置とを有する油路切換弁と、前記旋回体の旋回方向に応じて前記油路切換弁の位置を切換
える切換操作手段とを有することを特徴とする旋回式作業機械の制動制御装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の旋回式作業機械の制動制御装置において、
前記流量制御弁は、流量操作用パイロット圧の入力を受ける一対のパイロット部を有し、その流量操作用パイロット圧が入力されたパイロット部に対応する向きにその流量操作用パイロット圧に対応したストロークで開弁するパイロット切換弁であり、
前記流量制御弁操作部は、前記各パイロット部にパイロット油路を介して接続され、前記旋回操作部材の操作の向きに対応したパイロット部に対して当該旋回操作部材の操作量に対応した流量操作用パイロット圧を供給するパイロット圧供給部と、前記各パイロット油路に設けられ、パイロット圧指令信号の入力を受けてそのパイロット圧指令信号に対応した圧力まで前記流量制御弁のパイロット部に入力される流量操作用パイロット圧を制限するパイロット圧制限弁と、前記制動操作部材の操作量に対応したパイロット圧指令信号を前記旋回操作部材の操作の向きに対応したパイロット圧制限弁に入力するパイロット圧指令信号入力部とを有することを特徴とする旋回式作業機械の制動制御装置。
請求項１〜５のいずれかに記載の旋回式作業機械の制動制御装置において、
この制動制御装置の制御モードを、前記旋回操作部材と前記制動操作部材とが同時に操作されたときに当該旋回操作部材の操作を優先する旋回操作優先モードと、前記旋回操作部材と前記制動操作部材とが同時に操作されたときに当該制動操作部材の操作を優先する制動操作優先モードとの間で切換えるために操作されるモード切換手段を備え、
前記開度制限手段は、前記制御モードが前記制動操作優先モードに切換えられたときにのみ前記制動操作部材の操作に対応して前記流量制御弁の開度を前記旋回操作部材の操作量に対応する開度よりも減少させることを特徴とする旋回式作業機械の制動制御装置。