JPH0465173B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は建設機械のフロント機構を制御する制
御装置に係り、特に、ローダシヨベルの水平押出
し作業時のフロント機構の制御に好適な建設機械
のフロント機構制御装置に関する。

〔発明の背景〕

建設機械、例えばローダシヨベルは、ブーム、
アームおよびバケツトにより成るフロント機構が
備えられており、このフロント機構を適宜駆動す
ることにより所望の作業を行なう。このようなロ
ーダシヨベルを図により説明する。

第４図はローダシヨベルのフロント機構の側面
図である。図で、１はローダシヨベル本体、２は
本体１に可回動に取付けられたブーム、３はブー
ム２に可回動に取付けられたアーム、４はアーム
３に可回動に取付けられたバケツト、４ａはバケ
ツト４の爪先である。５はブームシリンダ、６は
アームシリンダ、７はバケツトシリンダである。
P₁はブーム角検出器、P₂はアーム角検出器、P₃
はバケツト角検出器である。

上記のようなローダシヨベルにおいては、多く
の場合、バケツト４の爪先４ａを水平線に沿つて
押出すことにより作業が実施される。このような
作業を実施する場合に、オペレータはアームレバ
ーを操作してアームシリンダ６を駆動し、アーム
３を前方に押し出す。この動作によりい爪先４ａ
は水平線から上方に持ち上げられることになるの
で、爪先４ａを水平線に沿つて押出すためにはブ
ーム２をアーム３の動きに応じて下降させる必要
がある。

従来、上記アーム３の動きに応じてサーボ装置
に信号を与え、ブームシリンダ５を駆動する油圧
ポンプの吐出流量を制御し、爪先４ａの軌跡を水
平に維持する制御装置は、種々提案されていた。
ところで、ブーム２を下降させるには、当然ブー
ムシリンダ５を縮めるように駆動することになる
が、このブームシリンダ５のヘツド側には、通
常、フロント機構の自重や爪先４ａにかかる反力
により高圧が発生しているので、上記制御装置に
よりブームシリンダ５を縮める動作は、この高圧
の油を排出する動作となり、折角貯えられたエネ
ルギを絞り捨てることになつて、極めて効率が悪
いという欠点があつた。

一方、このようにブームシリンダ５に貯えられ
たエネルギを有効に利用するため、補助油圧シリ
ンダを設ける手段が提案されている。この手段
は、当該補助油圧シリンダをアームシリンダ６と
同じく、ブーム２と、アーム３との間に装架し、
補助油圧シリンダのヘツド側とロツド側をそれぞ
れブームシリンダ５のヘツド側とロツド側に接続
した構成となつている。この構成により、ブーム
２の下降時におけるヘツド側の高圧の油が補助油
圧シリンダのヘツド側に供給され、そのロツドを
伸長してアーム３を押出す力として利用される。
しかしながら、この手段は、上記のようにエネル
ギの回収はできるものの、別途補助油圧シリンダ
を必要とし、フロント機構の重量を増大するばか
りでなく、運転席からの前方の見通しを悪化して
作業性を著るしく損なうという欠点があつた。

さらに、この欠点を除くため特開昭56−115428
号公報に示される手段が提案されている。この手
段は、ブームシリンダのヘツド側とタンクとの間
に油圧ポンプモータを介在させ、この油圧ポンプ
モータと原動機とを連結するとともに、当該油圧
ポンプモータの傾転をブームレバーの操作量に応
じて制御する構成を有し、ブームを下げるときブ
ームシリンダのヘツド側の高圧の油を油圧ポンプ
モータに供給してこれを回転させることにより、
エネルギの回収（原動機の消費燃料の減少）を行
うものである。

しかし、上記従来の手段において、油圧ポンプ
モータの傾転をブームレバーで制御する主たる目
的は、通常の作業におけるブーム操作時の円滑な
エネルギ回収にある。ところで、建設機械では前
述のように、爪先４ａの軌跡を水平に維持する等
の軌跡制御を行う場合がしばしばあるが、上記従
来の手段は、軌跡制御については一切考慮されて
おらず、又、当該手段により軌跡制御を実施しよ
うとしても、ブームレバー操作時のブーム用方向
切換弁と油圧ポンプモータの傾転量とが一義的に
定まつているので、任意の軌跡制御は実施困難で
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を除き、
軌跡制御時における所定の軌跡を阻害することな
くブームシリンダに貯えられたエネルギを回収す
ることができる建設機械のフロント機構制御装置
を提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、少なく
ともブームシリンダにより駆動されるブームおよ
びアームシリンダにより駆動されるアームを有す
るフロント機構を備えた建設機械において、可変
容量油圧回転機と、油圧ポンプからの前記アーム
シリンダへの油供給回路と前記可変容量油圧回転
機とを接続する第１の管路と、前記ブームシリン
ダのヘツド側からの戻り油を前記可変容量油圧回
転機へ供給する第２の管路と、この第２の管路に
介在し前記ブームシリンダのヘツド側からの油の
導通、遮断を行う切換弁と、前記ブームの角度を
検出するブーム角検出器と、前記アームの角度を
検出するアーム角検出器と、前記切換弁を導通側
に切換えたとき前記アーム角検出器の検出値、前
記ブーム角検出器の検出値、およびこれら検出値
の角度変化に基づいて前記フロント機構が設定さ
れた所定の軌跡を維持するように前記可変容量回
転機の単位時間当たりの吐出流量即ちブームシリ
ンダから前記可変容量油圧回転機への単位時間当
たりの流入量を制御する制御部とを設けたことを
特徴とする。

ブームシリンダに蓄えられたエネルギを回収す
る場合には、切換弁を導通状態に切換える。この
状態で、ブームシリンダのヘツド側からの戻り油
は、第２の管路および切換弁を介して可変容量油
圧回転機へ供給され、さらにこの可変容量油圧回
転機により第１の管路を経てアームシリンダへ供
給される。このとき、制御部は、ブーム角度とア
ーム角度からフロント機構の高さ方向の位置を演
算し、かつ、順次入力するブーム角度とアーム角
度から各角度変化を演算して位置の変化を知り、
これが所定の軌跡を維持するように、例えば水平
軌跡制御の場合、位置の変化が０になるように、
可変容量油圧回転機の単位時間当たりの吐出流量
を制御する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す
る。

第１図は本発明の第１の実施例に係るフロント
機構制御装置の系統図である。図で、５は第４図
に示すローダシヨベルのブームシリンダ、６は同
じくアームシリンダ、８はブームシリンダ５を駆
動する可変容量油圧ポンプ、９はアームシリンダ
６を駆動する可変容量油圧ポンプである。１０は
ブームシリンダ５と可変容量油圧ポンプ８の間に
介在してブームシリンダ５の駆動を制御する制御
弁、１１はアームシリンダ６と可変容量油圧ポン
プ９の間に介在してアームシリンダ６の駆動を制
御する制御弁である。

１２は可変容量モータ、１２ａは可変容量モー
タ１２のおしのけ容積可変機構（以下、これを斜
板で代表させる）、１３は斜板１２ａを駆動制御
するサーボ装置である。１４Ａはブームシリンダ
５のヘツド側と可変容量モータ１２とを接続する
管路、１４Ｂは可変容量モータ１２と制御弁１１
とを接続する管路、１５は管路１４Ａに介在する
電磁弁である。１６はブーム角検出器P₁の検出
値、アーム角検出器P₂の検出値および本実施例
の制御装置による制御を指示するスイツチＳの信
号に基づいて所定の演算、制御を行なう制御部で
あり、この制御部１６からの制御信号はサーボ装
置１３および電磁弁１５に出力される。

次に、本実施例の動作を第２図に示すフローチ
ヤートを参照しながら説明する。ローダシヨベル
のバケツト４の爪先４ａを水平に押出して作業を
行なう場合、制御弁１１が図で右側位置に切換え
られ、アームシリンダ６のロツドが伸長してアー
ム３を前方に押出す。一方、制御部１６は、まず
スイツチＳの信号を入力し、スイツチＳがオンか
オフかを判読する（手順ａ）。スイツチＳがオン
の場合、電磁弁１５を励磁してこれを図の下側位
置に切換える（手順ｂ）。次いで、ブーム角検出
器P₁およびアーム角検出器P₂の検出値に基づい
てフロント機構の位置（爪先４ａの位置）を演算
するとともに、アーム角検出器P₂の検出値から
アームシリンダ６のロツドの伸長速度を演算する
（手順ｃ）。そして、これらにより得られる上記爪
先４ａの位置（高さ方向の位置）の変化をキヤン
セルするようなブーム角度を得るためにブームシ
リンダのヘツド側から取出すべき油の流量、即
ち、可変容量モータ１２の吐出流量を演算し、こ
の吐出流量に応じた傾転を斜板１２ａに与える信
号をサーボ装置１３に出力する（手順ｄ）。

なお、爪先４ａの位置の変化をキヤンセルする
ブームの回転角度の演算は、さきに述べたように
公知であり、又、ブームの回転角度が判ればそれ
を得るために吐出流量、この吐出流量を得るため
の斜板１２ａの傾転量も、良く知られた演算によ
り算出することができる。

可変容量モータ１２の斜板１２ａがサーボ装置
１３により所定量傾転せしめられると、ブームシ
リンダ５のヘツド側の高圧の油は、管路１４Ａに
より電磁弁１５を経て可変容量モータ１２に入
り、これを回転して、当該傾転量に応じた流量を
制御弁１１に吐出する。このとき、制御弁１１は
右側位置にあるので、可変容量モータから吐出さ
れた油は、可変容量油圧ポンプ９から吐出される
油に合流してアームシリンダ６のヘツド側に供給
される。この結果、アームシリンダ６の伸長速度
は、可変容量油圧ポンプ９から単独に油が供給さ
れる場合よりも増速されることになる。即ち、こ
の増速分がブームシリンダ５のヘツド側に貯えら
れたエネルギの回収分に相当する。制御部１６に
おける演算は常時実行されているので、上記アー
ムシリンダ６の増速は直ちに斜板１２ａの傾転量
に反映され、その傾転はサーボ装置１３により適
切に制御される。エネルギ回収を行なわない場
合、スイツチＳはオフとされ、手順ａによりこれ
が判断されると、制御部１６からは電磁弁１５を
オフとする信号が出力され（手順ｅ）、電磁弁１
５をオフとして管路１４Ａを遮断する。

なお、上記動作中、制御弁１０は中立位置に操
作されていても右側位置に操作されていても差し
支えない。

このように、本実施例では、ブームシリンダの
ヘツド側の圧油で可変容量モータを回転させ、そ
の吐出油をアームシリンダに供給するとともに、
当該可変容量モータの斜板の傾転量を制御部によ
り制御するようにしたので、バケツトの水平押出
しを維持しつつエネルギ回収を行なうことができ
る。

第３図は本発明の第２の実施例に係るフロント
機構制御装置の系統図である。図で、第１図に示
す部分と同一部分には同一符号を付して説明を省
略する。１７は可変容量ポンプモータ、１７ａは
可変容量ポンプモータ１７のおしのけ容積可変機
構（これを斜板で代表させる）である。斜板１７
ａはサーボ装置１３により駆動される。１８は管
路１４Ｂに挿入された電磁弁であり、制御部１６
からの信号により切換えられる。図から明らかな
ように、本実施例では、第１の実施例における可
変容量油圧ポンプ８および可変容量モータ１２に
代えて可変容量ポンプモータ１７が設けられてい
る。

ここで、本実施例の動作を説明するが、その動
作は第１の実施例の動作に準じるので、簡単な説
明にとどめる。バケツト爪先４ａを水平に押し出
して作業を行なう場合、アームシリンダ６が伸長
される。制御部１６はスイツチＳがオンであるこ
とを判断すると、電磁弁１５，１８に励磁信号を
出力し、電磁弁１５，１８はそれぞれ図で右側位
置に切換えられる。これは第２図に示す手順ａ，
ｂに相当する。以後、制御部１６は手順ｃ，ｄと
同じ演算、制御を行ない、アームシリンダ６の伸
長速度に応じて可変容量ポンプモータ１７の斜板
１７ａの傾転量を演算してサーボ装置１３にその
信号を与え、サーボ装置１３はこれに応じて斜板
１７ａを傾転させる。したがつて、ブームシリン
ダ５のヘツド側の圧油は管路１４Ａにより切換弁
１５を経て可変容量ポンプモータ１７を回転さ
せ、斜板１７ａの傾転量に応じた圧油を吐出せし
める。吐出された圧油は電磁弁１８を経て管路１
４Ｂによりアームシリンダ６に供給され、これを
増速せしめる。スイツチＳがオフ状態にあると、
電磁弁１５，１８はそれぞれ左側位置に切換えら
れ、可変容量ポンプモータ１７は原動機により可
変容量油圧ポンプとして作動し、必要時にブーム
シリンダ５に圧油を供給する。

このように、本実施例では、ブームを駆動する
油圧ポンプを可変容量ポンプモータとし、ブーム
シリンダのヘツド側の圧油でこれを回転させ、そ
の吐出油をアームシリンダに供給するとともに当
該可変容量ポンプモータの斜板の傾転量を制御部
で制御するようにしたので、さきの実施例と同じ
効果を奏するばかりでなく、エネルギ回収用とし
て別途回転機を設ける必要はなく、簡単かつ安価
に構成することができる。

なお、上記各実施例では、ローダシヨベルを例
示して説明したが、これに限ることはなく、ブー
ムおよびアームを備えた建設機械であれば適用可
能である。又、作業形態は、水平押出しや水平掘
削のように水平軌跡に従う作業形態に限ることは
なく、他の軌跡に従う作業形態であつても差し支
えない。さらに、上記各実施例の説明では、可変
容量モータ又は可変容量ポンプモータからの吐出
油をアームシリンダに供給してこれを増速するエ
ネルギ回収態様について説明したが、これに限る
ことはなく、可変容量モータ又は可変容量ポンプ
モータを原動機と接離可能に連結し、その吐出側
をタンクに接続することにより、原動機を駆動し
てエネルギを回収することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、ブームシリン
ダのヘツド側の圧油で可変容量油圧回転機を駆動
し、当該可変容量油圧回転機の吐出流量を制御部
により制御するようにしたので、所定の軌跡を阻
害することなく、ブームシリンダに貯えられたエ
ネルギを回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係るフロント
機構制御装置の系統図、第２図は第１図に示す装
置の動作を説明するフローチヤート、第３図は本
発明の第２の実施例に係るフロント機構制御装置
の系統図、第４図はローダシヨベルのフロント機
構の側面図である。 ２……ブーム、３……アーム、４……バケツ
ト、５……ブームシリンダ、６……バケツトシリ
ンダ、１２……可変容量モータ、１２ａ……斜
板、１３……サーボ装置、１４Ａ，１４Ｂ……管
路、１５，１８……電磁弁、１６……制御部、１
７……可変容量ポンプモータ、１７ａ……斜板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくともブームシリンダにより駆動される
   ブームおよびアームシリンダにより駆動されるア
   ームを有するフロント機構を備えた建設機械にお
   いて、可変容量油圧回転機と、油圧ポンプからの
   前記アームシリンダへの油供給回路と前記可変容
   量油圧回転機とを接続する第１の管路と、前記ブ
   ームシリンダのヘツド側からの戻り油を前記可変
   容量油圧回転機へ供給する第２の管路と、この第
   ２の管路に介在し前記ブームシリンダのヘツド側
   からの油の導通、遮断を行う切換弁と、前記ブー
   ムの角度を検出するブーム角検出器と、前記アー
   ムの角度を検出するアーム角検出器と、前記切換
   弁を導通側に切換えたとき前記アーム角検出器の
   検出値、前記ブーム角検出器の検出値、およびこ
   れら検出値の角度変化に基づいて前記フロント機
   構が設定された所定の軌跡を維持するように前記
   可変容量回転機の単位時間当たりの吐出流量、即
   ちブームシリンダから前記可変容量油圧回転機へ
   の単位時間当たりの流入量を制御する制御部とを
   設けたことを特徴とする建設機械のフロント機構
   制御装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記可変容
   量油圧回転機は、可変容量ポンプモータであるこ
   とを特徴とする建設機械のフロント機構制御装
   置。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記可変容
   量油圧回転機は、可変容量モータであることを特
   徴とする建設機械のフロント機構制御装置。