JPH0160681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は油圧シヨベル等の建設機械に具備され
る油圧閉回路のポンプ吐出量制御装置に係り、特
にブーム等の作動体を駆動する片ロツドシリンダ
に圧油を供給する可変容量油圧ポンプの吐出量を
制御するポンプ吐出量制御装置に関する。

第１図はこの種の従来の油圧閉回路のポンプ吐
出量制御装置の一例を示す回路図である。この図
において、１は上下方向に回動可能な作動体たと
えばブーム、２はブーム１を駆動する片ロツドシ
リンダすなわちブームシリンダ、３はこのブーム
シリンダ２に圧油を供給する可変容量ポンプ、４
はポンプ３とブームシリンダ２とを連絡する第１
の管路、５はポンプ３とブームシリンダ２とを連
絡する第２の管路で、これらのブームシリンダ
２、ポンプ３、管路４，５によつて油圧閉回路が
形成されている。６は管路４，５のうち低圧側管
路をタンクに連絡するフラツシング弁、７はフラ
ツシング弁６の切換圧力を保持するためのチエツ
ク弁、８は回路を流れる油の補給用のチヤージポ
ンプ、９，１０はチヤージ用チエツク弁、１１は
ブームシリンダ２の面積差による容量変化を補う
アキユムレータ、１２は回路内の圧力を保持する
ためのリリーフ弁、１３はポンプ３の吐出量を制
御する機構たとえば斜板制御装置、１４は斜板制
御装置１３に連絡され、斜板傾転速度を制御する
操作レバーである。

ところでこのように構成してあるポンプ吐出量
制御装置にあつては、ブーム１を下降させるよう
に操作レバー１４を作動させると、ポンプ３は図
の矢印の方向に油を送るが、このときに操作レバ
ー１４を急激に動かすと、ブーム１の自由落下
（重力による加速度に係る落下）よりも速い加速
度でブームシリンダ２が作動するように斜板制御
装置１３の斜板が動くので、これに伴つてブーム
シリンダ２のロツド側が高圧となる。これによつ
てフラツシング弁６はｂ位置に切換えられ、ブー
ムシリンダ２のヘツド側がタンクに連通する。こ
のときのブームシリンダ２の速度は、ブームシリ
ンダ２のロツド側の面積Arでポンプ３での流量
Qpを除した値となる。

そしてポンプ３の吐出量の速度が遅くなると、
すなわちブームシリンダ２の加速度がブーム１の
重力による加速度よりも小さくなると、ブーム１
の重量を受けて管路５が高圧となり、フラツシン
グ弁６はｂ位置からｃ位置に切換えられ、ブーム
シリンダ２のロツド側がタンクに連通する。この
ときのブームシリンダ２の速度は、ブームシリン
ダ２のヘツド側の面積Ahでポンプ３の流量Qpを
除した値となる。

しかし一般にこの油圧シヨベルのブームシリン
ダ２においては、面積Arと面積Ahとの比は１：
２前後に設定されており、それ故フラツシング弁
６がｂ位置からｃ位置に切換つたときには、ブー
ムシリンダ２の速度が急激に半減し、これに伴つ
て激しい衝撃が車体に伝わり、操作性の点で問題
があつた。

本発明はこのような従来技術における実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、上下方向の回
動が可能な作動体に生ずるこの作動体を駆動する
片ロツドシリンダの作動体下降時における急激な
速度変化を防止することのできる油圧閉回路のポ
ンプ吐出量制御装置を提供することにある。

この目的を達成するために本発明は、片ロツド
シリンダが連結される上下方向に回動可能な作動
体の位置を検出し、電気信号を出力する位置検出
手段と、この位置検出手段に接続され、あらかじ
め作動体の位置と、片ロツドシリンダの加速度が
作動体の重力による加速度を超えない範囲の吐出
量制御機構の最大変化量との関係を設定する設定
手段とを備え、位置検出手段から出力値に相応す
る最大変化量を上述の設定手段から求め、該当す
る最大変化量に基づく吐出量指令量を、油圧閉回
路を形成する可変容量油圧ポンプの吐出量制御機
構に与えることにより、作動体の下降時の片ロツ
ドシリンダの加速度を規制する構成にしてある。

以下、本発明の油圧閉回路のポンプ吐出量制御
装置を図に基づいて説明する。第２図は本発明の
第１の実施例を示す回路図、第３図は第２図に示
されるポンプ吐出量制御装置に具備されるブーム
の回転角とブームの重力による加速度に係る係数
Ｋとの相関関係を例示するグラフ、第４図は第２
図に示すポンプ吐出量制御装置の動作の一例を示
すフローチヤート、第５図は本発明の第２の実施
例を示す回路図、第６図は第５図に示すポンプ吐
出量制御装置の動作の一例を示すフローチヤート
である。なお第２図及び第５図は第１図に対応さ
せて描いてあり、それぞれこの第１図に示す部材
と実質的に同様の部材は同一の符号で示してあ
る。

第１の実施例を示す第２図において、３０は位
置検出手段例えば角度検出器で、作動体であるブ
ーム１の回転角を検出し、その検出値を電気信号
として出力する。このような角度検出器３０は公
知である。１７は制御装置で、例えばマイクロコ
ンピユータで構成してあり、中央処理装置
（CPU）１８と、この中央処理装置１８に接続し
たＡ／Ｄ変換器１９と、同じく中央処理装置１８
に接続した記憶装置２０及び出力装置２１を備え
ている。なお上述とした角度検出器３０、及び操
作量を電気信号として出力する操作レバー１４
は、制御装置１７のＡ／Ｄ変換器１９に電気的に
接続され、また制御装置１７の出力装置２１は、
可変容量ポンプ３の吐出量制御機構例えば斜板制
御装置１３に電気的に接続してある。その他の構
成は第１図に示すものと同様であるので説明を省
略する。

この第１の実施例のように構成してあるポンプ
吐出量制御装置において、ブーム１の下降時のブ
ームシリンダ２の加速度を制御するには、斜板制
御装置１３の斜板の最大速度を制御すればよく、
その動作は例えば第４図に示すフローチヤートに
よつて実施される。

すなわち、あらかじめ第４図に示す実施手順が
記憶装置２０から中央処理装置１８に読み出され
た状態において、操作レバー１４の操作量すなわ
ちポンプ３の目標とする吐出量指令量である傾転
指令量Ｘ、及び角度検出器３０の出力値すなわち
ブーム１の所定の基準平面に対する上下方向の角
度Bdegが、Ａ／Ｄ変換器１９を介して中央処理
装置１８に読込まれると、この中央処理装置１８
に、記憶装置２０に記憶されていた角度Bdegに
対応した最大変化量ΔYの読出しが行なわれる。

ここで最大変化量ΔYは、ブームシリンダ２の
加速度がブーム１の重力による加速度を超えない
ように、すなわち第１の管路４の圧力と第２の管
路５の圧力の大きさの関係がブーム１の下降中に
逆転せずフラツシング弁６がｂ位置に切換わらな
いようにする最大変化量で、サンプリング周期
ΔTを一定とした場合に、斜板制御装置１３の斜
板最大速度Vs＝ΔY／ΔTを与える値である。第
３図はブーム１の角度Bdegとブーム１の重力に
よる加速度に係る係数Ｋとの関係を示すグラフで
あるが、ここにに示される係数Ｋに重力加速度ｇ
を乗じたＫ・ｇが、ブーム１の重力によるブーム
シリンダ２の加速度すなわち自由落下時のブーム
シリンダ２の加速度を示す。従つてブームシリン
ダ２の加速度dv／dtを上述の加速度Ｋ・ｇより
も大きくすると、第１の管路４の圧力が第２の管
路５の圧力よりも高くなり、ブーム１の下降の途
中でフラツシング弁６が切換わり、ブームシリン
ダ２の速度変化を生じる。そこで、この実施例に
あつては上述した最大変化量ΔYを加速度Ｋ・ｇ
すなわちＫに基づいて設定してあり、記憶装置２
０が、あらかじめブーム１の位置と、最大変化量
ΔYとの関係を設定する設定手段を構成してい
る。ここで、ブーム１の位置すなわちブーム角度
BdegとＫは第３図の関係にあり、ブームシリン
ダ２の重力による加速度はＫ・ｇであり、ブーム
シリンダ２の重力による加速度を超えない加速度
をv〓、ブームシリンダ２に供給される流量Q〓の変
化量をＱ、ブームシリンダ２のロツド側の面積を
Ar、ヘツド側の面積をAhとすると、 Bdeg→Ｋ・ｇ≧v〓＝Q〓／Ar、Ah∝Vs∝ΔY の関係があり、これらの関係からブーム角度
Bdegと最大変化量ΔYとの関係が設定される。

なお第３図においては、ブーム１はほぼ水平に
位置するときの角度を０度に、この位置よりもブ
ーム１が上方に位置する場合の角度をプラスに、
また下方に位置する角度をマイナスに設定してあ
る。このブーム１のプラス方向、マイナス方向の
角度の設定はこれらに限らないことはもちろんで
ある。またこの第３図中、符号３１はブームシリ
ンダ２の作動範囲を示している。

次いで現に出力されている吐出量指令量すなわ
ち記憶装置２０に記憶されている前回の傾転指令
量Ｙが中央処理装置１８に読出され、この中央処
理装置１８で上記した目標とする傾転指令量Ｘと
前回の傾転指令量Ｙとの偏差Ｚを求める演算が行
なわれる。そして同中央処理装置１８で偏差Ｚの
絶対値と最大変化量ΔYとの比較等の処理が行な
われる。この場合、偏差Ｚの絶対値が最大変化量
ΔYよりも小さいか、等しい場合には、目標とす
る傾転指令量Ｘを新たな吐出量指令量すなわち傾
転指令量Y₀とする設定が行なわれる。また偏差
Ｚの絶対値が最大変化量ΔYよりも大きい場合に
は斜板の右左への傾斜方向に対応して前回の傾転
指令量Ｙに最大変化量ΔYを加減して新たな傾転
指令量Y₀とする設定が行なわれる。この傾転指
令量Y₀は中央処理装置１８から出力装置２１を
介して斜板制御装置１３に与えられ、これによつ
て油圧ポンプ３の吐出量は適宜に制御される。な
お、出力装置２１に出力された後の傾転指令量
Y₀は傾転指令量Ｙに置き換えられて、記憶装置
２０に記憶される。

このように構成してある第１の実施例にあつて
は、ポンプ３の斜板制御装置１３の傾転指令量を
変えうる適正な最大変化量ΔYを、ブーム１の位
置に関連してブームシリンダ２の加速度のブーム
１の重力による加速度を超えない範囲の値に設定
してあることから、ブーム１の下降中に第１の管
路４の圧力が第２の管路５の圧力よりも高くなる
ことはなく、すなわち第１の管路４の圧力がフラ
ツシング弁６がｂ位置に切換わる圧力になること
はなく、このようなブーム１の下降中に当該フラ
ツシング弁６がｂ位置に切換えられず、従つてブ
ームシリンダに急激な速度変化を生じることはな
い。また、ブームシリンダ２の加速度をブーム１
の位置（姿勢）で決まる重力による加速度に相当
する最大の加速度とすることができる。

また、第５図に示す第２の実施例は、第１の実
施例に具備される構成とともに、ポンプ３とブー
ムシリンダ２とを連絡する第１の管路４に介設し
た第１の圧力検出器１５と、第２の管路５に介設
した第２の圧力検出器１６とを備えた構成にして
ある。これらの圧力検出器１５，１６は制御装置
１７のＡ／Ｄ変換器１９に接続してあり、それぞ
れ管路４，５の内部圧力を検出してその検出値を
信号として出力する。

この第２の実施例のように構成してあるポンプ
吐出量制御装置においては、その動作は例えば第
６図に示すフローチヤートに従つて実施される。

すなわち、あらかじめ第６図に示す実施手順が
記憶装置２０から中央処理装置１８に読出された
状態において、目標とする傾転指令量Ｘ、ブーム
１の角度Bdeg、及び第１の圧力検出器１５の圧
力値Pa、第２の圧力検出器１６の圧力値Pbが
Ａ／Ｄ変換器１９を介して中央処理装置１８に読
込まれると、まず中央処理装置１８で圧力値Pa
と圧力値Pbとの大小関係の判断が行なわれる。

圧力値Paが圧力値Pbよりも大きいか、等しい
場合は、ブームシリンダ２のロツド側に圧油が供
給され、ブーム１の下降が意図される場合であ
り、ポンプ３の適正な変化量である最大変化量
ΔYを設定するための第１の値である負荷方向用
変化量補正値ΔY′を適正値ΔY₁に設定することが
おこなわれる。ここで適正値ΔY₁はブームシリン
ダ２の加速度がブーム１の重力による加速度を超
えないように、第１の管路４の圧力と第２の管路
５の圧力の大きさの関係がブーム１の下降中に逆
転せずフラツシング弁６がｂ位置に切換わらない
ようにする値で、サンプリング周期ΔTを一定と
した場合に、斜板最大速度Vsを決める値である
速度設定値Vs₁＝ΔY₁／ΔTを与える値である。
また上記した圧力値Paが圧力値Pbよりも小さい
場合は、ブームシリンダ２のヘツド側に圧力が供
給され、ブーム上げ等がおこなわれるときで、こ
のときは、ブーム１の自由落下によるブームシリ
ンダ２の加速度の影響を考慮する必要のないとき
であり、負荷方向用変化量補正値ΔY′を別の適正
値ΔY₂に設定することがおこなわれる。ここで上
述の別の適正値ΔY₂は、斜板最大速度Vsを決め
る値である速度設定値Vs₂＝ΔY₂／ΔTを与える
値で、操作レバー１４の操作に伴つて衝撃を生じ
ないブームシリンダ２の加速度を与える値であ
る。

上記した速度設定値Vs₁とVs₂の関係は、ブー
ムシリンダ２のヘツド側の面積Ahとロツド側の
面積Arの比を仮に２：１とすると、 Vs₁＝Vs₂／２ の関係となり、すなわち適正値ΔY₁とΔY₂の関係
は、 ΔY₁＝ΔY₂／２ となる。また、速度設定値Vs₁のときのブームシ
リンダ２の加速度と、ブーム１の重力によるブー
ムシリンダ２の加速度と関係は、 ブーム１の重力によるブームシリンダ２の加速度
＞速度設定値Vs₁のときのV2の加速度となる。

上記した最大変化量ΔYを設定するための第１
の値である負荷方向用変化量補正値ΔY′は、ブー
ムシリンダ２のヘツド側に圧油が供給される場合
とロツド側に圧油が供給される場合とでブームシ
リンダ２の加速度を異ならせ、すなわち、ブーム
シリンダ２のヘツド側に圧油が供給される場合は
ブームシリンダ２の加速度を大きくしてブーム上
げ等を能率良くおこなわせ、ブームシリンダ２の
ロツド側に圧油が供給される場合はブーム１の重
力による加速度を考慮した比較的小さいブームシ
リンダ２の加速度にすることを意図するものであ
る。

一方、中央処理装置１８に、記憶装置２０に記
憶されていた角度Bdegに対応したブーム位置用
変化量補正値ΔY_N、すなわちポンプ３の適正な
変化量である最大変化量ΔYをブーム１の位置に
応じて設定するための第２の値であるΔY_Nの読
出しがおこなわれる。このブーム位置用変化量補
正値ΔY_Nは第１の実施例における最大変化量ΔY
に相当するもので、第３図に示されるような係数
Ｋに対応して設定してある。すなわち第１の実施
例における場合と同様に、記憶装置２０が、あら
かじめブーム１の位置とブーム位置用変化量補正
値ΔY_Nとの関係を設定する設定手段を構成して
いる。この場合、ブーム角度Bdegと、ブーム１
の重力による加速度Ｋ・ｇと、ブーム１の重力に
よる加速度を超えないブームシリンダ２の加速度
v〓と、ブームシリンダ２に供給される流量Ｑの変
化量Q〓と、ブームシリンダ２のロツド側の面積
Ar、ヘツド側の面積Ahと、斜板最大速度Vsとブ
ーム位置用変化量補正値ΔY_Nとは、 Bdeg→Ｋ・ｇ≧v〓＝Q〓／Ar、Ah∝Vs∝ΔY_N の関係があり、これらの関係からブーム角度
Bdegとブーム位置用変化量補正値ΔY_Nとの関係
が設定される。

上記したブーム位置用変化量補正値ΔY_Nは、
上述した第１の実施例と同様にブーム１の位置に
よりブーム１の重力による加速度を超えないブー
ムシリンダ２の加速度にすることを意図するもの
である。

そしてこの第２の実施例にあつては、第６図に
示すように、中央処理装置１８でブーム位置用変
化量補正値ΔY_Nと前述した負荷方向用補正値
ΔY′とを乗じて、この第２の実施例における最大
変化量ΔYを求める演算がおこなわれる。それ以
降の手順は前述した第１の実施例において説明し
た手順と同等である。

このように構成してある第２の実施例にあつて
は、基本的には第１の実施例と同様に、ブームシ
リンダ２の加速度がブーム１の位置に関連してブ
ーム１の重力による加速度を超えない範囲の値と
なり、ブーム１の下降中に第１の管路４の圧力が
第２の管路５の圧力よりも高くなることはなく、
このような下降中にフラツシング弁６がｂ位置に
切換わらず、ブームシリンダ２に急激な速度変化
を生じることがない。また、ブームシリンダ２の
ヘツド側に圧油が供給されてブーム１の上昇等が
おこなわれる場合には、ブームシリンダ２の加速
度を大きくして能率の良いブーム上げを実現させ
ることができる。

なお上記では上下方向に回動可能な作動体とし
て油圧シヨベルのフロント部材を形成するブーム
１を挙げたが、作動体はこれに限らず、他の建設
機械に具備されるものであつてもよい。また油圧
シヨベルにおいては上記したようにブーム１の位
置のみを考慮した制御に限られず、ブーム１とこ
のブーム１に連結されるアームの双方の位置を考
慮した制御、あるいはブーム１とアームと、この
アームに連結されるバケツトを含めたフロント部
材全体の位置に係る制御を行なうように構成して
もよい。

また上記実施例ではサンプリング周期ΔTを一
定として説明したが、最大変化量ΔYを一定に
し、周期ΔYを変えるようにしてポンプ３の吐出
量を制御することも可能である。

また上記では作動体の位置を検出する位置検出
手段として角度検出器３０を挙げたが、位置検出
手段はこの角度検出器３０に限らず、リミツトス
イツチを含むもの等種々の態様を取りうる。

第７図は本発明の油圧閉回路のポンプ吐出量制
御装置の第３の実施例を構成する部分説明図であ
る。この第７図において、２２はステンレス等の
非磁性体から成る圧力比較器で、一端が前述した
管路４に、他端が管路５に連絡されている。２３
はこの圧力比較器２２の内部に具備される磁性体
から成るシヤトルで、その両端にばね２４，２５
が係着され、圧力比較器２２内を移動可能になつ
ている。２６，２７は近接スイツチで、シヤトル
２３の移動に相応した信号を出力する。これらの
近接スイツチ２６，２７は例えば、シヤトル２３
が近接している場合には高圧である旨を示すＨ信
号を、またシヤトル２３が近接していない場合に
は低圧である旨を示すＬ信号を出力する。なおこ
れらの近接スイツチ２６，２７はこの第７図では
示していないが、前述した制御装置１７のＡ／Ｄ
変換器１９に接続してある。

このように構成してあるポンプ吐出量制御装置
にあつては、例えば管路４が高圧である場合に
は、その圧力を受けてシヤトル２３が図示左方に
移動し、ばね２４が伸長し、ばね２５が収縮す
る。そして近接スイツチ２７はシヤトル２３の近
接を感知し、Ｈ信号を出力する。一方近接スイツ
チ２６は、シヤトル２３の近接を感知していない
のでＬ信号を出力する。これらのＨ信号、Ｌ信号
はＡ／Ｄ変換器１９を介して前述した第５図に示
す中央処理装置１８に送られる。そしてその中央
処理装置１８で前述の第２の実施例と同様、これ
らの信号値に基づいて第６図に示すフローチヤー
トに準ずる処理が行なわれる。

また管路５が高圧である場合には、シヤトル２
３は図示右方に移動してばね２５が伸長し、ばね
２４が収縮する。そして近接スイツチ２６がシヤ
トル２３の近接を感知してＨ信号を出力し、一方
近接スイツチ２７はＬ信号を出力する。以下の操
作は上記と同様である。なお管路４と管路５の圧
力が等しい場合にはシヤトル２３は圧力比較器２
２の内部のほぼ中央に位置し、それ故近接スイツ
チ２６，２７は共にＬ信号を出力する。。以下の
処理操作は前述した第２の実施例で説明した処理
操作に準じて行なわれる。この第３の実施例のよ
うに構成した場合も前述した第２の実施例と同様
の効果を奏する。

本発明の油圧閉回路の油圧ポンプ吐出量制御装
置は以上のように構成してあることから、従来ブ
ーム下降時に閉回路を形成する管路の圧力の反転
で生じた片ロツドシリンダの面積差による該片ロ
ツドシリンダの急激な速度変化を防ぐことができ
るとともに、作動体の位置に応じて管路の圧力の
反転を生じない片ロツドシリンダの最大の加速度
を設定することができ、それ故この片ロツドシリ
ンダが具備される建設機械の車体に衝撃を与える
ことがなく操作性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の油圧閉回路のポンプ吐出量制御
装置の一例を示す回路図、第２図は本発明の油圧
閉回路のポンプ吐出量制御装置の第１の実施例を
示す回路図、第３図は第２図に示されるポンプ吐
出量制御装置に具備されるブームの回転角とブー
ムの重力による加速度に係る係数Ｋとの相関関係
を例示するグラフ、第４図は第２図に示すポンプ
吐出量制御装置の動作の一例を示すフローチヤー
ト、第５図は本発明の第２の実施例を示す回路
図、第６図は第５図に示すポンプ吐出量制御装置
の動作の一例を示すフローチヤート、第７図は本
発明の油圧閉回路のポンプ吐出量制御装置の第３
の実施例を構成する部分説明図である。 １……ブーム（作動体）、２……ブームシリン
ダ（片ロツドシリンダ）、３……可変容量ポンプ、
４……第１の管路、５……第２の管路、６……フ
ラツシング弁、１３……斜板制御装置、１４……
操作レバー、１５……第１の圧力検出器、１６…
…第２の圧力検出器、１７……制御装置、１８…
…中央処理装置、１９……Ａ／Ｄ変換器、２０…
…記憶装置、２１……出力装置、２２……圧力比
較器、２３……シヤトル、２４，２５……ばね、
２６，２７……近接スイツチ、３０……角度検出
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 上下方向に回動可能な所定の作動体に連結さ
   れ、この作動体を駆動する片ロツドシリンダと、
   この片ロツドシリンダに圧油を供給する可変容量
   ポンプとによつて油圧閉回路を形成するととも
   に、この油圧閉回路の低圧側管路とタンクとを連
   結するフラツシング弁を備え、可変容量ポンプの
   吐出量を制御する吐出量制御機構に所定の吐出量
   指令量を与えることにより可変容量ポンプの吐出
   量を適宜に制御するようにした油圧閉回路のポン
   プ吐出量制御装置において、上記作動体の位置を
   検出し、電気信号を出力する位置検出手段と、こ
   の位置検出手段に接続され、あらかじめ上記作動
   体の位置と、上記片ロツドシリンダの加速度が上
   記作動体の重力による加速度を超えない範囲の吐
   出量制御機構の最大変化量との関係を設定する設
   定手段とを備え、上記位置検出手段から出力され
   た出力値に相応する最大変化量を上記設定手段か
   ら求め、該当する最大変化量に基づく吐出量指令
   量を上記吐出量制御機構に与えることにより、上
   記作動体の下降時の上記片ロツドシリンダの加速
   度を規制することを特徴とする油圧閉回路のポン
   プ吐出量制御装置。 ２ 位置検出手段が作動体の回転角を検出する手
   段であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の油圧閉回路のポンプ吐出量制御装置。