JPH05157101A

JPH05157101A - 油圧作業機械の振動抑制装置

Info

Publication number: JPH05157101A
Application number: JP3319384A
Authority: JP
Inventors: Eiji Yamagata; 栄治山形; Yasuo Tanaka; 康雄田中; Hiroshi Watanabe; 洋渡辺; Kiyotaka Obara; 清隆小原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1993-06-22
Anticipated expiration: 2016-05-28
Also published as: JP3170329B2

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷の大小に関わらず振動を抑制可能な油圧作
業機械の振動抑制装置を提供する。【構成】油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１から吐出さ
れる圧油によって駆動される油圧アクチュエータ２と、
油圧ポンプ１と油圧アクチュエータ２との間に接続さ
れ、操作手段３の操作信号に応じて油圧アクチュエータ
２に供給される圧油の流量を制御する流量制御弁５とを
有する油圧駆動回路を備えた油圧作業機械の振動抑制装
置に、油圧アクチュエータ２の負荷を検出する負荷検出
手段１３，１４と、この負荷検出手段１３，１４により
検出された負荷に応じて操作手段３の操作信号を遅延さ
せる遅延手段１１，１２，１５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルや油圧ク
レーンなどの油圧作業機械におけるブーム，アームなど
の作業装置あるいは走行，旋回装置などの起動・停止時
の振動を抑制する油圧作業機械の振動抑制装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】油圧作業機械の操作レバーを急激に操作
したときに発生する振動を抑制する油圧作業機械の振動
抑制装置が知られている（例えば、実開平２−４８６０
２号公報参照）。図５は、従来の油圧作業機械の振動抑
制装置を、油圧ショベルのブーム駆動装置に応用した油
圧駆動回路を示す。この油圧駆動回路は、油圧ポンプ１
と、ブームを駆動する油圧アクチュエータ２と、操作レ
バー３の操作信号によって圧力が制御されるパイロット
回路４と、その圧力によって油圧アクチュエータ２に供
給される圧油の流量および送油方向を制御する流量制御
弁５と、油圧ポンプ１と流量制御弁５との間の油圧が所
定値を越えるとタンク６へ圧油を逃すリリーフ弁７とを
備えている。また、パイロット回路４には、絞りと全開
との２位置を有する切換弁８，９が設けられる。なお、
この絞りの開度は固定である。

【０００３】転圧やスケルトン作業などのように、作業
機械に振動が発生しても操作レバー３の操作に対して作
業機械がすばやく応答した方が望ましい作業では、切換
弁８，９が全開側に切り換えられる。これによって、操
作レバー３の操作信号に対して流量制御弁５がすばやく
応答し、油圧アクチュエータ２の応答性が高められる。
一方、掘削作業などのように、操作レバー３の操作に対
する作業機械の応答が遅くなっても、振動の発生を抑制
したい作業では、切換弁８，９が絞り側に切り換えられ
る。これによって、操作レバー３の操作信号に対して流
量制御弁５が遅れて応答し、油圧アクチュエータ２の応
答性を下げて作業機械の振動を抑制する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の振動抑制装置では、油圧アクチュエータの負荷
の大小に関わらず切換弁の絞り開度が固定であるため
に、次のような問題がある。油圧アクチュエータの比較
的小さな負荷に対して最適な開度に切換弁の絞りを設定
した場合、負荷が大きいと充分に振動を抑制することが
できない。逆に、大きな負荷に対して最適な開度に切換
弁の絞りを設定した場合、負荷が小さいと振動は充分に
抑制されるが、応答性が低下する。

【０００５】後者の場合を図６により詳しく説明する。
図６は、小さい負荷に対して最適な開度に絞りを設定し
た振動抑制装置で大きな負荷を駆動したときの各部の波
形図を示し、操作レバー３の操作量ｕの時間変化を
（ａ）に、絞り側に切り換えられた切換弁８，９によっ
て遅延される操作信号ｕ^*の時間変化を（ｂ）に、油圧
アクチュエータ２のヘッド側圧力Ｐ１の時間変化を
（ｃ）に、油圧アクチュエータ２のシリンダー速度Ｖの
時間変化を（ｄ）に示す。時刻ｔ＝０で操作レバー３が
急に操作されても、操作信号ｕ^*は、絞り側に切り換え
られた切換弁８，９の絞り作用によって遅れて立上が
る。流量制御弁５は、この操作信号ｕ^*に応じて圧油の
流量を制御し、油圧アクチュエータ２へ送油する。これ
によって油圧アクチュエータ２がゆっくりと駆動され
る。ところが、油圧アクチュエータ２の大きな負荷に対
して最適な絞り開度に設定していないので、操作信号ｕ
^*の立上がりがまだ速すぎ、ヘッド側圧力Ｐ１およびシ
リンダー速度Ｖに振動が発生する。すなわち、油圧アク
チュエータ２の負荷の慣性に起因した機械振動を充分に
抑制できない。

【０００６】本発明の目的は、負荷の大小に関わらず振
動を抑制可能な油圧作業機械の振動抑制装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】一実施例の構成を示す図
１に対応づけて本発明を説明すると、請求項１の発明
は、油圧ポンプ１と、この油圧ポンプ１から吐出される
圧油によって駆動される油圧アクチュエータ２と、油圧
ポンプ１と油圧アクチュエータ２との間に接続され、操
作手段３の操作信号に応じて油圧アクチュエータ２に供
給される圧油の流量を制御する流量制御弁５とを有する
油圧駆動回路を備えた油圧作業機械の振動抑制装置に適
用される。そして、油圧アクチュエータ２の負荷を検出
する負荷検出手段１３，１４と、この負荷検出手段１
３，１４により検出された負荷に応じて操作手段３の操
作信号を遅延させる遅延手段１１，１２，１５とを備
え、これにより、上記目的を達成する。請求項２の発明
は、操作手段３の操作信号を油圧信号とし、操作手段３
と流量制御弁５との間に接続される可変絞り弁１１，１
２と、負荷検出手段１３，１４で検出された負荷に応じ
て可変絞り弁１１，１２の絞り開度を設定する制御手段
１５とを有した遅延手段を備える。請求項３の発明は、
操作手段３の操作信号を電気信号とし、操作手段３と流
量制御弁５との間に接続されるローパスフィルタと、負
荷検出手段１３，１４で検出された負荷に応じてローパ
スフィルタのカットオフ周波数を設定する制御手段とを
有した遅延手段を備える。

【０００８】

【作用】請求項１では、遅延手段１１，１２，１５によ
って、油圧アクチュエータ２の負荷に応じて操作手段３
の操作信号が遅延される。これによって、流量制御弁５
により制御される油圧アクチュエータ２への圧油の流量
は、油圧アクチュエータ２の負荷が大きいほどゆっくり
と増加または減少し、油圧アクチュエータ２の速度も負
荷が大きいほどゆっくりと変化する。この結果、負荷の
大小に関わらず、機械振動が抑制される。請求項２で
は、制御手段１５により油圧アクチュエータ２の負荷に
応じて可変絞り弁１１，１２の絞り開度が設定され、操
作手段３の油圧信号が油圧アクチュエータ２の負荷に応
じて遅延される。請求項３では、制御手段により油圧ア
クチュエータ２の負荷に応じてローパスフィルタのカッ
トオフ周波数が設定され、操作手段３の電気信号が油圧
アクチュエータ２の負荷に応じて遅延される。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段および作用の項では、本発明を分り
やすくするために実施例の図を用いたが、これにより本
発明が実施例に限定されるものではない。

【００１０】

【実施例】図１〜４により、本発明の一実施例を説明す
る。図１は、本発明の振動抑制装置を油圧ショベルのブ
ーム駆動装置に応用した図である。なお、上述した図５
に示す従来の装置と同様な機器に対しては同符号を付し
て相違点を中心に説明する。パイロット回路４には、外
部信号に応じて絞り開度が変化する可変絞り弁１１，１
２が設けられる。また油圧駆動回路には、油圧アクチュ
エータ２のヘッド側圧力Ｐ１およびロッド側圧力Ｐ２を
それぞれ検出する圧力検出器１３，１４が設けられ、そ
れぞれの圧力Ｐ１，Ｐ２に応じた信号が制御ユニット１
５へ出力される。制御ユニット１５は、検出されたヘッ
ド圧Ｐ１およびロッド圧Ｐ２に基づいて油圧アクチュエ
ータ２の負荷Ｗを算出し、図２に示すテーブル関数によ
り負荷Ｗに対する絞り開度Ｒを求める。そして、可変絞
り弁１１，１２の絞り開度を調節する。

【００１１】ここで、図２に示すテーブル関数の横軸は
負荷Ｗを、縦軸は絞り開度を示し、負荷ＷがＷ２からＷ
１へ増加するにしたがって絞り開度ＲをＲｍａｘからＲ
ｍｉｎに減少させる。このテーブル関数は、機械振動が
充分に抑制され且つ作業機械の応答性が満足される絞り
開度Ｒを、実機試験またはシュミレーションにより求め
ればよい。なお絞り開度Ｒは、負荷Ｗが所定値Ｗ１を越
えたときに最小開度Ｒｍｉｎ以下にならないように制限
され、負荷Ｗが所定値Ｗ２以下になったときに最大開度
Ｒｍａｘ以上にならないように制限される。

【００１２】次に図３により、実施例の動作を説明す
る。まずステップＳ１で、圧力検出器１３，１４で油圧
アクチュエータ２のヘッド圧Ｐ１およびロッド圧Ｐ２を
検出する。ここで、図６（ｃ）に示すように、運転中の
油圧アクチュエータ２のヘッド圧Ｐ１およびロッド圧Ｐ
２は絶えず振動している。このような圧力Ｐ１，Ｐ２に
基づいて計算を行なっても正確な負荷Ｗを算出できな
い。そこでこの実施例では、圧力Ｐ１，Ｐ２の瞬時値に
基づいて所定時間ごとに平均値Ｐ１’，Ｐ２’を求め、
この平均値Ｐ１’，Ｐ２’に基づいて負荷Ｗを算出す
る。続くステップＳ２で、算出されたヘッド圧Ｐ１’お
よびロッド圧Ｐ２’と、油圧アクチュエータ２のヘッド
側およびロッド側の受圧面積Ａ１，Ａ２とに基づいて、
次式により油圧アクチュエータ２の負荷Ｗを算出する。Ｗ＝Ａ１・Ｐ１’−Ａ２・Ｐ２’ ・・・（１）そしてステップＳ３で、図２に示すテーブル関数を参照
して負荷Ｗに応じた絞り開度Ｒを求め、続くステップＳ
４で、可変絞り弁１１，１２の絞り開度が算出された開
度Ｒになるように調節する。その後、ステップＳ１へ戻
り上記処理を繰り返す。

【００１３】図４は、操作レバー３の操作量ｕの時間変
化（ａ）、可変絞り弁１１，１２により遅延された操作
信号ｕ^*の時間変化（ｂ）、油圧アクチュエータ２のヘ
ッド側圧力Ｐ１の時間変化（ｃ）および油圧アクチュエ
ータ２のシリンダーの速度Ｖの時間変化（ｄ）を示す。
また、図中の実線が油圧アクチュエータ２で大きな負荷
を駆動したときの特性を示し、破線が小さな負荷を駆動
したときの特性を示す。なおこれらの特性は、図６
（ａ）〜（ｄ）に示す従来装置の特性に対応するもので
ある。油圧アクチュエータ２で大きな負荷を駆動したと
きは、図４（ｂ）に示すように、操作レバー３の急操作
時の操作信号ｕ^*の立上がりが、絞り開度が固定されて
いる従来装置と比較して遅くなっている。これは、図２
に示すように、負荷Ｗが大きいほど可変絞り弁１１，１
２の絞り開度Ｒが小さく設定されるからである。この操
作信号ｕ^*により制御される流量制御弁５の吐出流量
は、従来装置に比してゆっくりと増加し、油圧アクチュ
エータ２のシリンダー速度Ｖもゆっくりと増加する。こ
の結果、油圧アクチュエータ２の大きな負荷に対して、
ヘッド側圧力Ｐ１およびシリンダー速度Ｖの振動が少な
くなる。つまり、負荷が大きいときに操作レバー３を急
激に操作して作業機械を起動しても、機械振動を充分に
抑制することができる。

【００１４】一方、油圧アクチュエータ２で小さな負荷
を駆動したときは、可変絞り弁１１，１２が大きな絞り
開度Ｒに設定されるので、操作信号ｕ^*の立上がりが速
くなる。従って、流量制御弁５の吐出流量がすばやく増
加し、油圧アクチュエータ２のシリンダー速度Ｖもすば
やく増加する。つまり、負荷が小さいときに操作レバー
３を急激に操作して作業機械を起動しても、機械振動が
充分に抑制され、作業機械の速い応答性が得られる。

【００１５】なお、図４（ａ）〜（ｄ）では作業機械の
起動時を例に上げて説明したが、減速時についても油圧
アクチュエータ２の負荷に応じて可変絞り弁１１，１２
の絞り開度Ｒが調節され、同様な効果が得られる。

【００１６】このように、油圧アクチュエータ２の負荷
に応じて可変絞り弁１１，１２の絞り開度Ｒを設定する
ことにより、油圧アクチュエータ２の負荷に応じて流量
制御弁５に対する操作信号ｕ^*を遅延させるようにした
ので、負荷の大小に応じて最適な応答性で操作すること
ができ、油圧作業機械の振動を抑制することができる。

【００１７】上記実施例では、油圧アクチュエータのヘ
ッド圧およびロッド圧を検出して負荷を求めたが、ブー
ムの負荷を検出するセンサを設け、直接負荷を検出して
もよい。

【００１８】また上記実施例では、油圧アクチュエータ
への圧油の流量を制御するために流量制御弁を設けた
が、油圧駆動回路を可変ポンプを用いた閉回路とし、可
変ポンプの傾転角を変えて流量を制御してもよい。この
場合は、傾転角を変えるための操作信号の立上がりまた
は立ち下がりを油圧アクチュエータの負荷に応じて遅延
させればよい。

【００１９】さらに上記実施例では、油圧パイロット回
路により制御される流量制御弁を用いたが、電気回路に
より制御される流量制御弁を用いてもよい。この場合
は、操作レバーからの操作信号が電気信号になるので、
この電気信号の立上がりまたは立ち下がりを制御するた
めに、外部からの信号でカットオフ周波数が変えられる
プログラマブルフィルタを用いる。すなわち、油圧アク
チュエータの負荷が大きいほどカットオフ周波数を低く
し、負荷が小さいほどカットオフ周波数を高くする。こ
のようにすれば、負荷が大きいほど電気信号の立上がり
または立ち下がりが遅くなり、上述した油圧パイロット
回路と同様な作用効果を得ることができる。

【００２０】また上記実施例では、油圧ショベルのブー
ム駆動装置に適用した例を示したが、本発明はブーム駆
動装置に限定されず、アーム駆動装置、バケット駆動装
置、旋回装置、走行装置などの油圧アクチュエータにも
適用することができる。なお、旋回装置および走行装置
では、通常、停止時に他のアクチュエータによってブレ
ーキをかけるので、停止時には負荷の検出ができない。
従って、ブレーキがかかっていない状態で負荷を検出し
て記憶しておき、次の起動時にその記憶されている負荷
に基づいて可変絞り弁の絞り開度を算出すればよい。

【００２１】さらに以上の実施例では、本発明の油圧作
業機械の振動抑制装置を油圧ショベルに応用した例を示
したが、本発明は油圧ショベルに応用することに限定さ
れず、例えば油圧クローラクレーンの巻上げウインチ、
ブーム俯仰ウインチ、旋回装置、走行装置などにも応用
できる。なお油圧クローラクレーンでは、吊荷の荷重に
応じて各油圧アクチュエータにかかる負荷が大きく変る
が、本発明の振動抑制装置を用いることにより吊荷の重
量に応じて応答性を制御すれば、油圧ショベルと同様、
効果的に振動を抑制することができる。なおこの場合、
クレーンに設けられるモーメントリミッタの吊荷荷重信
号を負荷信号として用いればよい。

【００２２】以上の実施例の構成において、操作レバー
３が操作手段を、圧力検出器１３，１４が負荷検出手段
を、可変絞り弁１１，１２、ローパスフィルタおよび制
御ユニット１５が遅延手段を、制御ユニット１５が制御
手段をそれぞれ構成する。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、油
圧アクチュエータの負荷に応じて流量制御弁に対する操
作信号を遅延させるようにしたので、油圧アクチュエー
タの負荷の大小に応じて最適な応答性で操作することが
でき、油圧作業機械の振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を油圧ショベルのブーム駆動装置に応用
した実施例を示す図。

【図２】油圧アクチュエータの負荷と可変絞り弁の絞り
開度との関係を示す図。

【図３】実施例の動作を示すフローチャート。

【図４】実施例装置の制御特性を示す図。

【図５】油圧ショベルのブーム駆動装置に応用した従来
装置を示す図。

【図６】図５に示す従来装置の制御特性を示す図。

【符号の説明】

１油圧ポンプ２油圧アクチュエータ３操作レバー４パイロット回路５流量制御弁６タンク７リリーフ弁１１，１２可変絞り弁１３，１４圧力検出器１５制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小原清隆茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】油圧ポンプと、この油圧ポンプから吐出さ
れる圧油によって駆動される油圧アクチュエータと、前
記油圧ポンプと前記油圧アクチュエータとの間に接続さ
れ、操作手段の操作信号に応じて前記油圧アクチュエー
タに供給される圧油の流量を制御する流量制御弁とを有
する油圧駆動回路を備えた油圧作業機械の振動抑制装置
において、前記油圧アクチュエータの負荷を検出する負荷検出手段
と、この負荷検出手段により検出された負荷に応じて前記操
作手段の前記操作信号を遅延させる遅延手段とを備える
ことを特徴とする油圧作業機械の振動抑制装置。
【請求項２】請求項１に記載の油圧作業機械の振動抑制
装置において、前記操作手段の前記操作信号は油圧信号であり、前記遅延手段は、前記操作手段と前記流量制御弁との間
に接続される可変絞り弁と、前記負荷検出手段で検出さ
れた負荷に応じて前記可変絞り弁の絞り開度を設定する
制御手段とを有することを特徴とする油圧作業機械の振
動抑制装置。
【請求項３】請求項１に記載の油圧作業機械の振動抑制
装置において、前記操作手段の前記操作信号は電気信号であり、前記遅延手段は、前記操作手段と前記流量制御弁との間
に接続されるローパスフィルタと、前記負荷検出手段で
検出された負荷に応じて前記ローパスフィルタのカット
オフ周波数を設定する制御手段とを有することを特徴と
する油圧作業機械の振動抑制装置。