JPH0411691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、パワーシヨベル等において、掘削
途中でバケツト等に振動を与え、掘削をスムーズ
に行なわせる掘削機の振動掘削制御装置に関す
る。

（従来技術） パワーシヨベルによる土砂等の掘削中に、コン
トロールレバーを小刻みに動かしてバケツト等を
振動させると、掘削性が一段と高まることが知ら
れているが、これを自動的に行なわせるようにし
た振動掘削制御装置が本出願人より出願されて
（特開昭59−68445号公報等参照）。

第１図はこの振動掘削制御装置を示すもので、
パワーシヨベル等のバケツトを駆動させるシリン
ダ１０と、このシリンダ１０を制御する方向制御
弁１１と、この方向制御弁１１に対するパイロツ
ト通路１２，１３のいずれかを選択する２位置の
ソレノイドバルブ１４と、このソレノイドバルブ
１４の上流部に設けた比例制御弁１５とを備えて
いる。上記方向制御弁１１は図示の中立位置にお
いて、ポンプ１６からの油を中立流路１７を経由
してそのままタンク１８に戻す。そして図面の左
側位置に切換わつたときにシリンダ１０を伸長さ
せ、右側位置に切換わつたときにシリンダ１０を
収縮させる関係にしている。

また上記ソレノイドバルブ１４は、非励磁の状
態のときに図示の位置に保持され、連通路１９を
介して一方のパイロツト通路１２を前記比例制御
弁１５に連通させるとともに、他方のパイロツト
通路１３をタンク２０に連通させる。そしてソレ
ノイドバルブ１４が励磁すると、こん度は逆に他
方のパイロツト通路１３が比例制御弁に連通し、
一方のパイロツト通路１２が上記タンク２０に連
通する構成にしている。

さらに前記比例制御弁１５は、後記する電気信
号に比例して駆動するが、図示の状態において
は、上記連通路２１に連通させる一方、上記信号
に応じて切換つたとき補助ポンプ２２と連通路１
９とを連通させる構成にしている。

したがつて上記ソレノイドバルブをオン・オフ
制御することによつて、方向制御弁１１が左右い
ずれかに切換わり、シリンダ１０を伸長させたり
収縮させたりする。

また上記比例制御弁１５は、上記電気信号に応
じてその開度が決まるが、その開度に応じて補助
ポンプ２２からのパイロツト圧を調整する。そし
てこの比例制御弁１５によつて決められたパイロ
ツト圧に応じて上記方向制御弁１１の開度が決ま
り、上記シリンダ１０への供給流量が調整できる
ので、そのスピード（掘削速度）が制御される。

上記のようにした油圧回路を制御するのが電気
的な回路である。

すなわちオペレータが図示しないコントロール
レバーを介して入力部２３を操作すると、その入
力部２３から方向信号と速度信号（コントロール
レバーの操作方向と操作量に対応した信号）とが
発信される。

上記速度信号は前記比例制御弁１５に接続した
第１駆動部２４に直接入力され、この速度信号に
応じて上記比例制御弁１５の開度を定め、当該シ
リンダ１０の速度を制御する。

また上記方向信号は、方向制御部２５から出力
され第１ゲート回路２６→オア回路２７→第２駆
動部２８を経由して前記ソレノイドバルブ１４に
伝達される。

したがつてソレノイドバルブ１４は上記方向信
号に応じてオン・オフ制御され、当該シリンダ１
０を伸長させるかあるいは収縮させる。

上記のように方向制御弁２５から出力される信
号は、第２ゲート回路２９にも伝達されるが、こ
の第２ゲート回路２９には往復動制御スイツチ３
０、ストローク検知部３１及び速度検知部３２が
接続されている。

そして上記往復動制御スイツチ３０を閉じた状
態で、しかも方向制御部２５からの伸長信号と、
当該シリンダ１０がストロークエンドにないとい
うストローク検知部３１からの信号と、当該シリ
ンダ１０の速度がゼロであるという速度検知部３
２からの信号（バケツト停止信号）とが同時に発
信されたとき、上記第２ゲート回路２９が開くよ
うにしている。

上記第２ゲート回路２９が開いたときの出力信
号は、反転部３３と第３ゲート回路３４とに入力
するが、このように反転部３３に第２ゲート回路
２９からの信号が入力すると、前記第１ゲート回
路２６を閉じて方向制御部２５からの方向信号を
オア回路２７に伝達しないようにする。

そして上記第３ゲート回路３４には、掘削信号
（所定周波数のパルス信号）を常時発信している
掘削振動発信器３５が接続されているが、上記の
ように第２ゲート回路２９からの信号がこの第３
ゲート回路３４に入力すると、この第３ゲート回
路３４が開いて上記掘削振動発信器３５からの掘
削信号を、オア回路２７を経由して第２駆動部２
８に伝達する。

このように掘削振動発信器３５からの掘削信号
が第２駆動部２８から出力されると、前記ソレノ
イドバルブ１４は上記掘削信号に応じて短期間に
オン、オフをくり返し、当該シリンダ１０を微小
振動させる。

したがつて掘削途中に掘削抵抗が大きくなつて
掘削ができなくなつたときには、上記のように掘
削途中ということで、ストロークエンドでないと
いう信号をストローク検知部３１が出力するとと
もに、掘削できなくなつたことによつてシリンダ
１０の速度がゼロになるが、その速度ゼロを速度
検知部３２が検知してその旨の信号を速度検知部
３２が出力する。

ストローク検知部３１と速度検知部３２とから
上記のような信号が出力されると、前記した第２
ゲート回路２９の作用で第３ゲート回路３４が開
き、掘削振動発信器３５からの掘削信号が第２駆
動部２８から出力される。

このように第２駆動部２８から掘削信号が出力
されると、前記ソレノイドバルブ１４が短時間に
切換わつて当該シリンダ１０を微小振動させ、こ
れによりりバケツトが加振されて掘削が促進され
るのである。

しかしながら、このような装置にあつては、バ
ケツトに加えられる振動の強さが一定となつてお
り、このため掘削速度がある程度大きくなると、
増大する掘削抵抗に対して振動が弱くなり、十分
な掘削性を得ることができなくなるという問題が
あつた。

（発明の目的） この発明は、掘削抵抗に応じてバケツトに加え
る振動を強めるようにすることにより、掘削能力
の向上を図ることを目的としている。

（発明の構成および作用） この発明は、バケツト等の掘削部を駆動させる
シリンダと、このシリンダへの作動油の供給を制
御する方向制御弁と、この方向制御弁をパイロツ
ト油圧により駆動する比例制御弁とを備え、この
比例制御弁をコントロールレバーからの操作信号
に応じて開閉し前記シリンダの伸側ならびに縮側
速度を制御するようにした掘削機において、前記
シリンダの油圧を検出する圧力検出部と同じくシ
リンダストロークを検出するストローク検出部と
前記検出されたシリンダ供給油圧が所定値以上で
かつ検出されたシリンダストロークが所定の範囲
のときに掘削不能状態と判定して所定のレベルの
検知信号を出力する回路とからなる掘削不能状態
の検知手段と、掘削不能時に出力されるこの検知
信号を積分する積分回路と、所定の周波数で発振
しかつ前記積分回路の出力信号の信号値に対応し
た振幅レベルの振動信号を出力する振動信号発生
器と、その振動信号を前記操作信号に加算し加算
信号を出力する加算回路とを設け、掘削不能時に
該加算信号に応じて前記比例制御弁を開閉駆動す
る。

即ち、掘削抵抗が大きく、掘削が困難になつた
ときには、比例制御弁を所定の周波数で開閉駆動
すると共に、徐々にその開度を大きくするように
制御する。したがつて、比例制御弁から方向制御
弁に送られるパイロツト油圧が徐々に変動し、変
動幅を増加しながら高圧側に移行するようにな
る。

これにより、方向制御弁からシリンダに供給さ
れる作動油の流量が所定の周期で増減され、バケ
ツトに振動が加えられると共に、その増減変化が
次第に大きくなり、この結果掘削が可能となるま
でバケツトに加えられる振動が強められるのであ
る。

（実施例） 第２図、第３図は本発明の実施例を示す油圧回
路図とその制御回路図で、油圧回路ではバケツト
等の掘削部を駆動するシリンダ１０と、ポンプ１
６からシリンダ１０への作動油の供給を制御する
方向制御弁１１と、この方向制御弁１１をパイロ
ツト油圧により駆動する比例制御弁３６，３７と
を備えている。

この方向制御弁１１は、比例制御弁３６からパ
イロツト油圧が送られると、これに応動して切換
わると共に、このパイロツト油圧に応じた流量の
作動油をシリンダ１０に供給し、シリンダ１０を
伸側（掘削側）に駆動する。また、比例制御弁３
７からパイロツト油圧が送られると、反対側に切
換わつて同じくパイロツト油圧に応じた流量の作
動油を供給し、シリンダ１０を縮側（非掘削側）
に駆動する。

そして、この比例制御弁３６，３７は、それぞ
れ後述する制御回路３８からの信号により駆動さ
れ、その開閉ならびに開度が制御されると共に、
その開度に応じて補助ポンプ２２から送られるパ
イロツト油圧を調圧し、開閉によりパイロツト油
圧を供給、遮断する。なお、３９，４０はリリー
フ弁である。

一方、制御回路３８は、掘削速度ならびに方向
をコントロールするコントロールレバー（図示し
ない）の操作状態の検出部４１と、絶対値回路４
２と、信号設定回路４３と、方向判別回路４４
と、振動入力スツチ４５と、掘削不能状態の検知
手段４６と、積分回路４７と、振動信号発生器４
８と、加算回路４９と、前記比例制御弁３６，３
７の駆動部５０，５１とを備えている。

検出部４１は、ポテンシヨメータ５２およびバ
ツフア５３からなり、コントロールレバーの中立
位置を基準電圧V₀として、伸側の位置でV₀より
高くその位置に応じた電圧を、縮側の位置でV₀
より低くその位置に応じた電圧を操作信号S₁とし
て出力する。

絶対値回路４２は、ダイオード５４，５５と増
幅器５６〜５８からなり、前記操作信号S₁を基準
電圧V₀と比較してその差（絶対値）をとり、こ
れを増幅して第４図に示すような正電圧値の信号
S₂を出力する。

信号設定回路４３は、入力信号の上限値と下限
値をカツトするコンパレータ５９，６０とインバ
ータ６１とアンドゲート６２からなる信号処理部
６３と、この信号処理部６３に応答するる開閉ス
イツチ６４，６５と、増幅器６６とからなり、信
号S₂を第５図に示すような特性の出力値（操作信
号S₁′）に設定する。

方向判別回路４４は、前記検出部４１からの操
作信号S₁よりコントロールレバーの操作方向を判
別するもので、コンパレータ６７からなり、その
操作方向に応じて伸側信号（ハイレベル）あるい
は縮側信号（ローレベル）を出力する。

他方、掘削不能状態の検知手段４６は、前記シ
リンダ１０のストローク位置を検出するストロー
ク検出部６８と、シリンダ１０内の作動油圧（伸
側）を検出する圧力検出部６９とからなり、スト
ローク検出部６８は、位置センサ７０からの信号
に基づきシリンダ１０がストロークエンドにない
ときに、コンパレータ７１よりハイレベルの信号
を出力する。圧力検出部６９は、圧力センサ７２
からの信号に基づきシリンダ１０内の圧力が所定
値以上（例えばリリーフ弁３９の設定圧）になる
と、コンパレータ７３よりハイレベルの信号を出
力する。

これらの信号は、アンドゲート７４、インバー
タ７５、アンドゲート７６〜７８を介し、前記方
向判別回路４４からの信号と、振動入力スイツチ
４５からON.OFF信号と共に積分回路４７に送
られる。

積分回路４７はOPアンプ７９とコンデンサ８
０と反転器８１からなる積分器８２で、この積分
器８２の出力特性を切換える充電、放電、リセツ
ト用の各スイツチ８３〜８５が備えられ、振動入
力スイツチ４５を入れた状態でアンドゲート７
４，７６が開き、つまり前記検出手段４６からの
信号Ｔがハイレベルとなり掘削不能になると、ス
イツチ８３が入つて所定の積分信号S₃を出力し始
める（充電）。また、信号Ｔがローレベルとなり
掘削が可能になると、アンドゲート７８が開いて
スイツチ８５が入り、その信号S₃出力が徐々に放
電される。そして、振動入力スイツチ４５が切ら
れると、アンドゲート７７が開いてスイツチ８４
が入り、積分器８２がリセツトされる。なお、掘
削途中で、方向判別回路４４からの信号が縮側に
切換わると、次に伸側に切換わるまで信号S₃出力
がホールドされる。

この積分信号S₃は、OPアンプ９６を発振器と
して用いた振動信号発生器４８に指令され、これ
に応答して振動信号発生器４８は所定の周波数で
発振すると共に、その信号S₃レベルに応じた強さ
（振幅）の振動信号S₄を出力する。第６図、第７
図に前記積分回路４７の制御動作と、そのタイミ
ングチヤートと、積分信号S₃ならびに振動信号S₄
の出力特性を示す。

そして、この振動信号S₄は振動入力回路８７を
介し、前記信号設定回路４３からの操作信号
S₁′と共に加算回路４９に送られる。

加算回路４９は、加算器８８と交流増幅器８９
からなり、振動入力回路８７の遮断時には操作信
号S₁′をそのまま方向切換回路９０に送り、導通
時には操作信号S₁′に振動信号S₄を加算して加算
信号S₅を方向切換回路９０に送る。

方向切換回路９０は、前記方向判別回路４４か
らの信号により切換わり、コントロールレバーの
位置が伸側のとき加算回路４９を対応する駆動部
５０に接続し、縮側のとき加算回路４９を対応す
る駆動部５１に接続する。

また、振動入力回路８７は、アンドゲート９１
を介し方向判別回路４４からの信号と、前記振動
入力スイツチ４５からの信号とにより開閉され、
コントロールレバーの位置が伸側でスイツチ４５
が入つているときに導通する。

そして、駆動部５０，５１は、加算回路４９か
ら送られる加算信号S₅あるいは操作信号S₁′の電
圧レベルを所定のレベルに設設定する増幅部９
２，９３と、スイツチング用のパワートランジス
タ９４，９５を備え、これらの信号に応じてそれ
ぞれ前記比例制御弁３６，３７を駆動する。

次に作用を説明する。

振動入力スイツチ４５を入れた状態でコントロ
ールレバーを伸側に操作すると、この操作に対応
した操作信号S₁′（第５図参照）と伸側信号が信号
設定回路４３と方向判別回路４４から出力され、
このときシリンダ１０ががストロークエンドにな
く、その伸側作動油圧が所定値以下であれば、掘
削不能状態の検知手段４６の信号Ｔがローレベル
となつて積分回路４７が動作することはなく、操
作信号S₁′に応じて伸側の比例制御弁３６が駆動
される。

このため、比例制御弁３６は、コントロールレ
バーの操作に対応した開度に保たれ、その開度に
応じたパイロツト油圧により方向制御弁１１が駆
動される。したがつて方向制御弁１１からシリン
ダ１０に供給される作動油量が的確に制御され、
コントロールレバーの操作に適合したシリンダ１
０の伸側速度、掘削速度が維持される。

そして、これにより掘削を行なうと共に、この
掘削途中で掘削抵抗が増大し掘削が不能になる
と、検知手段４６からの信号Ｔに応答して積分回
路４７から所定の積分信号S₃（第７図参照）が出
力され、これに応答して振動信号S₄（同じく第７
図参照）が振動信号発生器４８から加算回路４９
に送られる。

この振動信号S₄は、その出力特性により掘削不
能状態が続くほど電圧値ならびに振幅値が大きく
なり、加算回路４９で操作信号S₁′に加算され、
この加算信号S₅に応じて比例制御弁３６が駆動さ
れる。このため、比例制御弁３６は所定の周波数
で開閉駆動されると共に、徐々に開度が大きくな
るように制御される。

したがつて、方向制御弁１１に送られるパイロ
ツト油圧が徐々に変動せしめ、変動幅を増加しな
がら高圧側に移行する。これにより、方向制御弁
１１からシリンダ１０の伸側に供給される作動油
の流量が所定の周期で増減され、バケツトに振動
が加えられると共に、その増減変化が次第に増大
し、掘削が可能となるまでバケツトに加えられる
振動が強められる。

この後、掘削が可能になると、検知手段４６の
信号Ｔがローレベルとなつて積分回路４７が徐々
に放電し、バケツトに加えられる振動が順次弱め
られる。そして、再び掘削抵抗が大きくなり掘削
が不能になると、上述したようにバケツトに加え
られる振動が強められ、これらを繰り返すのであ
る。

即ち、掘削抵抗が相当大きいときでも、その抵
抗に応じてバケツトの加振力を充分に強めること
ができ、また掘削が可能になれば、加振を急に停
止することなく掘削の進行状態に合わせてある程
度の加振力が保たれ、この結果十分な掘削能力を
確保することができ、掘削性能の大幅な向上が図
れる。

他方、コントロールレバーを縮側（非掘削側）
に操作したときには、振動入切回路８７が遮断さ
れ、レバー操作に対応した操作信号S₁′が方向切
回路９０から駆動部５１を介して縮側の比例制御
弁３７に送られる。

このため、比例制御弁３７は操作信号S₁′に応
じて駆動され、そのパイロツト油圧により方向制
御弁１１からシリンダ１０の縮側に供給される作
動量が制御される。したがつて、コントロールレ
バーの操作に適合したシリンダ１０の縮側速度が
維持され、伸側と同様良好な操作性を得ることが
できる。

なお、加算信号S₅による振動掘削中に、コント
ロールレバーを縮側に操作していつたん掘削を中
断し、再び掘削を行なうことがあるが、このとき
積分回路４７の出力がホールドされ、掘削の再開
に伴つて再びバケツトの加振力が強められる。し
たがつて、レバーの切換えにより加振力が低下す
ることはなく、常に掘削抵抗に応じた加振力を維
持することができる。

（発明の効果） 掘削抵抗が増大しても掘削抵抗に応じてバケツ
トに加える振動を強めることができ、操作性を良
好に保ちながら十分な掘削性能を確保することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の回路構成図、第２図、第３図
は本発明の実施例を示す油圧回路図とその制御回
路図、第４図、第５図は検出部と信号設定回路の
出力特性を示すグラフ、第６図は積分回路の制御
動作を示す表図、第７図は各タイミングチヤート
図である。 １０…シリンダ、１１…方向制御弁、３６，３
７…比例制御弁、３８…制御回路、４１…検出
部、４２…絶対値回路、４３…信号設定回路、４
４…方向判別回路、４５…振動入力スイツチ、４
６…掘削不能状態検知手段、４７…積分回路、４
８…振動信号発生器、４９…加算回路、５０，５
１…駆動部、８７…振動入切回路、９０…方向切
換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ バケツト等の掘削部を駆動させるシリンダ
   と、このシリンダへの作動油の供給を制御する方
   向制御弁と、この方向制御弁をパイロツト油圧に
   より駆動する比例制御弁とを備え、この比例制御
   弁をコントロールレバーからの操作信号に応じて
   開閉し前記シリンダの伸側ならびに縮側速度を制
   御するようにした掘削機において、前記シリンダ
   の油圧を検出する圧力検出部と同じくシリンダス
   トロークを検出するストローク検出部と前記検出
   されたシリンダ供給油圧が所定値以上でかつ検出
   されたシリンダストロークが所定の範囲のときに
   掘削不能状態と判定して所定のレベルの検知信号
   を出力する回路とからなる掘削不能状態の検知手
   段と、掘削不能時に出力されるこの検知信号を積
   分する積分回路と、所定の周波数で発振しかつ前
   記積分回路の出力信号の信号値に対応した振幅レ
   ベルの振動信号を出力する振動信号発生器と、こ
   の振動信号を前記操作信号に加算し加算信号を出
   力する加算回路とを設け、掘削不能時に該加算信
   号に応じて前記比例制御弁を開閉駆動することを
   特徴とする掘削機の振動掘削制御装置。