JPH0315042B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧シヨベル等の建設機械などに具備
される油圧回路の流量制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第１図は従来の油圧回路の流量制御装置を例示
する説明図である。この図において、１は操作量
に比例した例えば電気信号からなる操作信号Ｘを
出力する操作器、２は操作器１に接続され、操作
信号Ｘに相応する流量指令信号Q₀に応じた流量
Ｑの圧油を吐出する流量制御機構である。

このような流量制御機構２は、定容量ポンプと
可変オリフイスをもつた方向切換弁、あるいは可
変オリフイスをもたない方向切換弁とサーボ弁、
あるいは方向切換弁と可変容量ポンプとによつて
構成される。特に、サーボ弁を用いる場合には、
サーボアンプと電気・油圧サーボ弁によつて容易
に流量制御が可能である。また可変オリフイスを
もつた方向切換弁で流量制御をおこなうには、可
変オリフイスを設けたスプール位置を、電気・油
圧サーボ弁によつて制御してもよく、あるいは可
変オリフイスをもつた方向切換弁を油圧パイロツ
ト型として、電気・油圧パイロツト弁によつてパ
イロツト油圧を制御することによつて可変オリフ
イスを制御してもよい。なおこの場合には、流量
指令信号Q₀はオリフイス開度の指令信号となる。
また流量制御機構２として可変容量ポンプを用い
る場合には、斜板ポンプであれ、斜軸ポンプであ
れ、傾転角制御機構を電気・油圧サーボ系で容易
に構成できるのは上述と同様である。なおこの場
合には、流量指令信号Q₀は可変容量ポンプの斜
板あるいは斜軸の傾転角制御指令信号となる。

また、第１図において、３は油圧アクチユエー
タ、例えば油圧シリンダ、４は油圧シリンダ３に
かかる負荷を模式的に示したものである。

このような流量制御装置にあつては、流量制御
機構２から吐出される流量Ｑは、流量指令信号
Q₀すなわち操作信号Ｘに対応し、この操作信号
Ｘに応じて油圧シリンダ３等の油圧アクチユエー
タの作動速度Ｖを制御することができる。

ところで、油圧シヨベル等の建設機械などにあ
つては、重掘削作業時や荒仕上げ作業時には、油
圧シリンダ３等の油圧アクチユエータの作動速度
は大きく、流量も最大流量（Q_nax）付近を必要
とすることが多い。一方、斜面の仕上げなどの軽
掘削作業時には、油圧アクチユエータの速度を小
さくて、精度良く制御する必要がある。このた
め、一般に第１図に示す流量制御装置における流
量特性は、第２図に示すように、操作信号Ｘがあ
る値X₁までの範囲Ａでは流量勾配が小さく、そ
れ以上の範囲Ｂでは流量勾配が大きくなるように
設定される。そして、微操作時には範囲Ａを用
い、荒い操作をおこなう時には範囲Ｂを用いるよ
うにして流量制御すなわち油圧アクチユエータの
作動速度の制御をおこなつている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしこのように構成される従来の流量制御装
置にあつては、第２図に示す流量特性のうち、範
囲Ａを大きく設定すると、微操作性に優れる反面
油圧アクチユエータの中・高速制御性が劣化する
不具合を生じ、また範囲Ｂを大きく設定すると、
微操作性が劣化する不具合を生じる。このため各
種機械の作業形態に応じて、最適な範囲Ａ、Ｂの
設定が必要となるが、例えば油圧シヨベルでは、
中・重掘削作業を重視することから範囲Ｂを大き
く設定する傾向にあり、その結果、満足な微操作
性が得られないことが多い。

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、油圧アクチユ
エータの良好な中・高速制御性と、良好な微操作
性をともに確保することのできる油圧回路の流量
制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するために本発明は、操作信号
を出力する操作器と、操作信号に相応する流量指
令信号に応じた流量の圧油を吐出する流量制御機
構とを備えた油圧回路の流量制御装置において、
操作器と流量制御機構との間に、操作信号に対応
する少なくとも２つの特性の異なる流量特性を設
定する設定手段と、操作信号の時間的変化を検出
する検出手段と、この検出手段の検出結果に応じ
て上述の設定手段で設定された流量特性のうちの
いずれか１つを選択する選択手段とを含み、この
選択手段で選択された流量特性を流量指令信号と
して流量制御機構に出力する出力手段を設けた構
成にしてある。

〔作用〕

本発明は以上のように構成してあり、出力手段
の設定手段には、油圧アクチユエータの作動速度
を大きくする必要のある作業に好適な流量特性
と、油圧アクチユエータの作動速度を小さくする
必要のある作業に好適な流量特性との少なくとも
２つの特性の異なる流量特性があらかじめ設定さ
れる。したがつて、油圧アクチユエータの作動速
度を大きくする必要のある作業を意図して操作器
が操作されたときは、出力手段の検出手段で検出
される操作信号の時間的変化が大きく、この検出
結果に応じて出力手段の選択手段は油圧アクチユ
エータの作動速度を大きくする必要のある作業に
好適な流量特性を選択し、この選択された流量特
性が流量指令信号として流量制御機構に与えら
れ、油圧アクチユエータの作動速度が大きくな
り、この油圧アクチユエータの良好な中・高速制
御性を確保することができる。また、油圧アクチ
ユエータの作動速度を小さくする必要のある作業
を意図して操作器が操作されたときは、検出手段
で検出される操作信号の時間的変化が小さく、こ
の検出結果に応じて選択手段は油圧アクチユエー
タの作動速度を小さくする必要のある作業に好適
な流量特性を選択し、この選択された流量特性が
流量指令信号として流量制御機構に与えられ、油
圧アクチユエータの作動速度が小さくなり、この
油圧アクチユエータの良好な微操作性を確保する
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の油圧回路の流量制御装置を図に
基づいて説明する。第３図は本発明の第１の実施
例を示す説明図、第４図はこの第１の実施例にお
ける流量特性を示す説明図である、 第３図に示す第１の実施例において、１は操作
器、２は流量制御機構で、これらのものは前述の
ものと同等である。そして、５は操作器１と流量
制御機構２との間に設けた出力手段で、少なくと
も２つの特性の異なる流量特性が設定されるとと
もに、操作器１から出力される操作信号Ｘの時間
的変化の大小に応じて所定の流量特性を流量指令
信号Q₀として流量制御機構２に出力する。

この出力手段５は、異なる流量特性を設定する
設定手段例えば第４図のQ_Hで示すように流量勾
配の大きい流量特性が設定され、操作信号Ｘに応
じてこの流量特性Q_Hを信号として出力する関数
発生器６と、第４図のQ_Lで示すように流量勾配
の小さい流量特性が設定され、操作信号Ｘに応じ
てこの流量特性Q_Lを信号として出力する関数発
生器７とを備えるとともに、操作信号Ｘの時間的
変化を検出する検出手段、例えば、操作信号Ｘの
時間的変化に対応して２値の信号Ｓを出力する検
出器８と、信号Ｓの値に応じて、上述した設定手
段で設定された流量特性Q_H，Q_Lのうちのいずれ
か１つを選択して、流量指令信号Q₀として流量
制御機構２に出力する選択手段、すなわち選択器
９とを含んでいる。

上記した関数発生器６，７は、例えば演算増幅
器、抵抗、コンデンサなどの受動素子によつて構
成してある。また検出器８は、例えば演算増幅
器，抵抗，コンデンサからなり、操作信号Ｘの微
分値dX／dtを求める微分器と、この微分器で求
められた微分値dX／dtがある値以上にあるか否
かを判断して信号Ｓを出力する比較器とによつて
構成してある。なお比較器は、例えばdX／dtが
ある値以下のとき、すなわち操作器１が緩やかに
操作されるときは、Ｓ＝０を出力するように、ま
たdX／dtがある値より大きいとき、すなわち操
作器１が急操作されるときはＳ＝１を出力するよ
うに設定してある。また選択器９は、例えば電界
効果トランジスタやアナログスイツチによつて構
成してある。

このように構成した第１の実施例における作用
は次のとおりである。

操作器１が操作されると、操作信号Ｘは出力手
段５の入力となり、関数発生器６，７によつて流
量特性Q_H，Q_Lに相応する信号が得られる。ここ
で、Q_H，Q_Lは第４図に示す特性を有している。
なお、第４図の破線で示すQ_Aは第２図に示した
従来の流量特性であり、０≦Ｘ≦X₁の範囲で流
量勾配の小さい特性である。一方、Q_LはX₁より
大きい値X₂まで流量勾配が小さくなつており、
微操作性を重視した流量特性であり、Q_HはX₁よ
り小さい値から流量勾配が大きくなる特性を持つ
ている。なおQ_H，Q_Lは必ずしも従来の流量特性
Q_Aを基本として変化させた特性である必要はな
く、それぞれ、流量勾配の大きい範囲、小さい範
囲を有する流量特性として設定すればよい。

このような状態において、操作器１が緩やかに
操作される場合には、検出器８の出力信号Ｓの値
は０となり、この出力信号Ｓに応じて選択器９は
関数発生器７の特性Q_Lに相応する信号を選択し、
この特性Q_Lを流量指令信号Q₀として流量制御機
構２に出力する。したがつてこの場合には、流量
制御機構２から吐出される圧油の流量Ｑは、Q_L
の特性となり、流量勾配の小さい範囲が大きいの
で、良好な微操作性を確保できる。

また、操作器１が急操作される場合には、検出
器８の出力信号Ｓは１となる。したがつて、この
出力信号Ｓに応じて選択器９は関数発生器６の特
性Q_Hに相応する信号を選択し、流量制御機構２
に出力する。この場合には流量制御機構から吐出
される圧油の流量Ｑは、Q_Hの特性となり、流量
勾配の小さい範囲が小さいので、油圧アクチユエ
ータの良好な中・高速制御性を確保できる。

このような流量制御がおこなわれることによ
り、油圧アクチユエータの低速から高速までの全
領域において操作性の良い制御が可能となる。そ
して例えば、この第１の実施例が油圧シヨベルの
油圧回路に適用される場合には、重掘削作業時に
も、軽掘削作業時にも良好な操作性が得られる。

第５図は第２の実施例を説明するフローチヤー
トであるが、この第２の実施例にあつては上記し
た第１の実施例の出力手段５としてマイクロコン
ピユータを設けた構成にしてある。このマイクロ
コンピユータは特には図示しないが、Ａ／Ｄ変換
器などの入力装置と、関数やプログラムを記憶す
る記憶装置と、Ｄ／Ａ変換器などの出力装置と、
演算や論理判断をおこなう中央処理装置（CPU）
とを備えており、記憶装置が操作信号に対応する
少なくとも２つの特性の異なる流量特性を設定す
る設定手段を構成し、CPUが操作信号の時間的
変化を検出する検出手段と、この検出手段の検出
結果に応じて上述の設定手段で設定された流量特
性のうちのいずれか１つを選択する選択手段を構
成している。

なお、このマイクロコンピユータの記憶装置に
は、Q_H（Ｘ），Q_L（Ｘ）の関数関係を設定してあ
る。またこのマイクロコンピユータでは、プログ
ラムを所定周期ごとにくり返すことにより、操作
信号Ｘの取り込み値の変化量すなわち差分ΔXを
検出できる。この差分ΔXは、第１の実施例にお
ける微分値dX／dtとほぼ等価である。そして、
このマイクロコンピユータにあつては、差分ΔX
がある値以下（操作器１の緩操作状態）のときに
はＳ＝０、また差分ΔXがある値より大きい（操
作器１の急操作状態）ときにはＳ＝１が出力され
るようになつている。またこのマイクロコンピユ
ータの中央処理装置では、Ｓが０か１に応じて流
量指令信号Q₀を特性Q_L、あるいはQ_Hとする判断
をおこなう。すなわち、第１の実施例と同様に、
Ｓ＝０ならば特性Q_Lを流量指令信号Q₀として選
択し、Ｓ＝１ならば特性Q_Hを流量指令信号Q₀と
して選択する。

次にこのように出力手段５をマイクロコンピユ
ータによつて構成した第２の実施例における作用
を、第５図のフローチヤートによつて説明する。

マイクロコンピユータの記憶装置に入つている
プログラムは、所定周期ごとに以下の演算をくり
返すものとして一般性を失なわない。まず、手順
ｂにおいて、前回の入力信号と今回の入力信号
（操作信号）Ｘとの差分ΔXが求められ、この差
分ΔXがある値より大きいか否か判断される。所
定の値より大きい場合には、Ｓ＝１として手順ｃ
に移り、ある値以下の場合には、Ｓ＝０として手
順ｄに移る。

手順ｃでは、記憶装置にあらかじめ設定される
関数Q_H（Ｘ）によつて、操作信号Ｘに対応する特
性Q_Hが読出され、この特性Q_Hを流量指令信号Q₀
とすることがおこなわれる。また手順ｄでは、記
憶装置にあらかじめ設定される関数Q_L（Ｘ）によ
つて、操作信号Ｘに対応する信号Q_Lが読出され、
この特性Q_Lを流量指令信号Q₀とすることがおこ
なわれる。

手順ｃ，ｄの後には手順ｅに移り、流量指令信
号Q₀をマイクロコンピユータの出力装置から流
量制御機構２に出力することがおこなわれる。次
いで手順ｆに移り、始めに戻る。そしてこのよう
な演算がくり返しおこなわれる。

したがつて、操作器１が緩やかに操作される場
合には、第５図の手順ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｆがくり
返され、第４図に示すQ_Lの流量特性によつて油
圧アクチユエータが制御され、第１の実施例と同
様に良好な微操作性を確保できる。また操作器１
が急操作される場合には、第５図の手順ａ，ｂ，
ｃ，ｅ，ｆがくり返され、第４図に示すQ_Hの流
量特性によつて油圧アクチユエータが制御され、
第１の実施例と同様に、油圧アクチユエータの良
好な中，高速制御性を確保できる。

また第６図は、第３の実施例を説明するフロー
チヤートである。この第３の実施例も操作器１と
流量制御機構２との間に設けられる出力手段５
を、例えばマイクロコンピユータで構成してあ
る。このマイクロコンピユータは特に図示しない
がＡ／Ｄ変換器などの入力装置と、関数やプログ
ラムを記憶する記憶装置と、Ｄ／Ａ変換器などの
出力装置と、演算や論理判断をおこなう中央処理
装置（CPU）とを備えている。そして、このマ
イクロコンピユータの記憶装置の第１の記憶部に
は、あらかじめ前述した第４図に示すQ_H（Ｘ），
Q_L（Ｘ）の関数関係を設定してある。

この第３の実施例において、同第６図に示す手
順ｇ−手順ｏが所定の周期でくり返されるのは前
述の第２の実施例と同様である。

今、操作器１が緩やかに操作された場合には、
第２の実施例と同様にして、手順ｈにおいて
CPUでＳ＝０と判断され手順ｋに移る。この手
順ｋでは、記憶装置の第２の記憶部に記憶された
前回の流量指令信号Q₀と記憶装置の第１の記憶
部に記憶された第４図の流量特性Q_LがCPUに読
出され、このCPUで前回の流量指令信号Q₀が第
４図の流量特性Q_Lと同じかどうか判断される。
仮に同じであるとすると、手順ｍ，ｎに至り、第
２の実施例と同様にしてQ_L（Ｘ）によつて得られ
るQ_Lが流量指令信号Q₀として出力され、始めに
戻る、なお、上記の手順ｍの処理に伴つて今回の
流量指令信号Q₀（＝Q_L）が記憶装置の第２の記憶
部に記憶される。

ここで、操作器１が急操作されるとＳ＝１とな
り、手順ｈから手順ｉに至る。この手順ｉでは記
憶装置の第２の記憶部に記憶されている前回の流
量指令信号Q₀と記憶装置の第１の記憶部に記憶
された第４図の流量特性Q_HがCPUに読出され、
このCPUで前回の流量指令信号Q₀が第４図の流
量特性Q_Hと同じかどうか判断される。この場合、
前回までは手順ｇ，ｈ，ｋ，ｍ，ｎ，ｏで演算さ
れ前回の流量指令信号Q₀がQ_Lであつたから、No
と判断され手順ｊに移る。この手順ｊでは、前回
の流量指令信号Q₀の指令値（Q_L）に所定の増分
ΔQが加算され、新たな流量指令信号Q₀（＝Q₀＋
ΔQ）を求める演算がおこなわれ、この新たな流
量指令信号Q₀（＝Q₀＋ΔQ）が制御装置の第２の
記憶部に今回の流量指令信号Q₀として記憶され
るとともに、このQ₀（＝Q₀＋ΔQ）が流量制御機
構２に出力され、始めに戻る。なお手順ｉは、所
定の周期ごとに通過するので、積分要素として働
き、徐々にQ₀は増加するとともに、増加するご
との新たな流量指令信号Q₀が記憶装置の第２の
記憶部にその都度置きかえられて記憶され、その
流量指令信号Q₀はしだいに第４図の流量特性Q_H
に近づく。Q₀＝Q_Hになつたときは記憶装置の第
２記憶部にQ₀＝Q_Hが記憶されるとともに、手順
ｉの判断が満足されて手順ｐに移り、流量特性を
Q_Hを有する流量指令信号Q₀が流量制御機構２に
出力される。以後、操作器１が急操作されている
間、Ｓ＝１であるので手順ｇ，ｈ，ｉ，ｐ，ｎ，
ｏがくり返される。

そして、このような状態から操作器１が緩やか
に操作されるとＳ＝０となり、手順ｈから手順ｋ
に至る。この手順ｋでは記憶装置の第２の記憶部
に記憶されている前回の流量指令信号Q₀と記憶
装置の第１の記載部に記憶されている第４図の流
量特性Q_LがCPUに読出され、このCPUで前回の
流量指令信号Q₀が第４図の流量特性Q_Lと同じか
どうか判断される。この場合、前回までは手順ｐ
を経て演算がおこなわれていたので、記憶装置の
第２の記憶部に記憶されている前回の流量指令信
号Q₀はQ_Hであり、Noと判断され、手順ｌに移
る。この手順ｌでは前回の流量指令信号Q₀から
所定の増分ΔQが差し引かれ、新たな流量指令信
号Q₀を求める演算がおこなわれ、この新たな流
量指令信号Q₀（＝Q₀−ΔQ）が記憶装置の第２の
記憶部に今回の流量指令信号Q₀として置きかえ
られて記憶されるとともに、このQ₀が流量制御
機構２に出力され、始めに戻る。なお、手順ｌは
所定の周期ごとに通過するので、前述した手順ｊ
におけるのと同様に積分要素として働き、徐々に
Q₀は減少するとともに、その減少するごとの新
たな流量指令信号Q₀が記憶装置の第２の記憶部
にその都度置きかえられて記憶され、この流量指
令信号Q₀はしだいに第４図の流量特性Q_Lに近づ
く。Q₀＝Q_Lとなつたときは、記憶装置の第２の
記憶部にQ₀＝Q_Lが記憶されるとともに、手順ｋ
の判断が満足されて手順ｍに移り、流量特性Q_L
を有する流量指令信号Q₀が流量制御機構２に出
力される。

このように構成してある第３の実施例にあつて
は、マイクロコンピユータに第６図の手順ｊ，ｌ
の加算、減算手段を設けたことから、操作器１の
急操作、緩操作間の流量特性の選択が、第２の実
施例のように２者択一的に、すなわちON−OFF
的におこなわれるのではなく、時間変化とともに
いずれかの流量特性に近づくように逐次的におこ
なわれるので、一層良好な操作性を確保できる。

なお、上記実施例にあつては、説明を簡単にす
るために、流量特性は正の部分だけを挙げたが、
負の部分にも特性をもつことはもちろんである。

また、上記第１の実施例では、操作信号Ｘの時
間的変化dX／dt（ΔX）の大小に大じて２つの異
なる流量特性Q_H，Q_Lのうちの１つを選択するよ
うに述べたが、本発明はこれには限定されず、複
数の時間的変化dX／dt（ΔX）に対して３つ以上
の異なる流量特性を設定し、時間的変化dX／dt
（ΔX）の大きさの程度に応じて、３つ以上の流
量特性のうちのいずれか１つの流量特性を選択す
るように構成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明の油圧回路の流量制御装置は以上のよう
に構成してあることから、油圧アクチユエータの
良好な中・高速制御性と、良好に微操作性をとも
に確保することができ、油圧アクチユエータによ
つて駆動される作業機等における作業に対して最
適な操作を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の油圧回路の流量制御装置を例示
する説明図、第２図は第１図に示す流量制御装置
における流量特性を示す説明図、第３図は本発明
の油圧回路の流量制御装置の第１の実施例を示す
説明図、第４図は第３図に示す第１の実施例にお
ける流量特性を示す説明図、第５図は本発明の第
２の実施例を説明するフローチヤート、第６図は
本発明の第３の実施例を説明するフローチヤート
である。 １……操作器、２……流量制御機構、３……油
圧シリンダ（油圧アクチユエータ）、５……出力
手段、６，７……関数発生器、８……検出器、９
……選択器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 操作信号を出力する操作器と、操作信号に相
   応する流量指令信号に応じた流量の圧油を吐出す
   る流量制御機構とを備えた油圧回路の流量制御装
   置において、上記操作器と上記流量制御機構との
   間に、上記操作信号に相応する少なくとも２つの
   特性の異なる流量特性を設定する設定手段と、上
   記操作信号の時間的変化を検出する検出手段と、
   この検出手段の検出結果に応じて上記設定手段で
   設定された流量特性のうちのいずれか１つを選択
   する選択手段とを含み、この選択手段で選択され
   た流量特性を上記流量指令信号として流量制御機
   構に出力する出力手段を設けたことを特徴とする
   油圧回路の流量制御装置。