JPH0619650Y2 - 油圧ショベルの油圧アクチュエ−タ制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本考案は油圧ショベルの油圧アクチュエータを制御する
装置に関する。

【従来の技術】

油圧ショベルは第６図に示す如く、走行モータにより駆
動する足周り装置からなる下部走行体１と、その上部で
旋回モータにより３６０°旋回できる上部旋回体２とか
らなっている。 この上部旋回体２にはブーム３が取り付けられており、
ブーム３はブームシリンダ４で駆動され、ブーム３に取
り付けられたアーム５はアームシリンダ６で駆動され、
アーム５に取り付けられたバケット７はバケットシリン
ダ８にてそれぞれ駆動される。 このような各油圧アクチュエータを組み合わせた駆動に
より油圧ショベルは、掘削からダンプへの土砂積み込
み、法面ならしや溝掘りなど様々な作業ができるように
なっている。 このような油圧ショベルの代表的な油圧アクチュエータ
の制御装置を第７図に示す。 この制御装置は、操作レバー１３０の操作角に応じて減
圧弁１２０からパイロット圧がパイロット配管１８０を
通り油圧パイロット型流量制御弁１１０に入力される。 流量制御弁１１０は可変容量形ポンプ９０から吐出され
る圧油の流量を制御して油圧アクチュエータ１５０であ
る油圧シリンダ或は油圧モータを駆動させ、ブームやア
ームなどにあたる負荷１６０を作動させる。 また１４０は油圧制御弁であって、微操作性改善や省エ
ネのため油圧ポンプ９０の斜板１９０を負荷１６０に応
じて制御してポンプ９０の流量を制御するものである。 ここで油圧ショベルは、各種作業に応じてショベルの動
作が異なり、操作レバーの操作に対応して一律に油圧ア
クチュエータ１５０が作動するのでは好適な作業環境が
得られない。 換言すると、法面ならしなどバケット７の微動作が必要
な場合、油圧アクチュエータ１５０に流れる圧油の流量
は微量でよく、微操作域を使う。 またダンプ積み込みなどアーム５やブーム３などの速く
キビキビした動作が必要な場合には、大流量域を多用す
る。 そこで従来は、作業量を多くするため速くキビキビした
動作を実現するように流量制御弁１１０の開口特性は大
流量域を重視した設計となり微操作がやりにくく、操作
に熟練が必要となるという欠点があった。 また各油圧アクチュエータ毎の流量制御弁１１０の開口
特性は個々の流量制御弁１１０でそれぞれ機械的に一律
に決っているため、作業モードが異なる場合には操作が
やりにくく、オペレータに不快感や疲労感を与える場合
が多い。 そのため流量制御弁１１０の開口特性の設計は非常に難
しく、油圧ショベルの新型機種の場合、開口特性を様々
変えた流量制御弁を多数用意して開発を行ったり、平均
的に良い操作感を得るために各種の油圧弁を油圧回路に
追加したりするので、油圧回路が複雑になってしまい、
開発コストも非常に大きくなるので、製品のコストアッ
プが避けられない欠点がある。 更に、操作レバー１３０の操作方向を変更する場合に
は、従来は複雑なパイロットライン配管１８０の接続換
えを行わねばならず、作動油の漏れを伴う虞れがあっ
た。 そこで各種の作業モードで最適な操作フィーリングが得
られ、操作も熟練を要しないような装置として、第８図
に示す如き電気・油圧制御回路が付加された電子式油圧
ショベルの制御装置が知られている。 即ち、この制御装置では、操作レバー１３０の操作角信
号は、油圧アクチュエータ１５０の位置と速度、またそ
の作動圧や負荷１６０の状態を検出するセンサ２１０の
検出信号と共にアンプ２２０に入力され、マイクロコン
ピュータ構成のコントローラ２９０に入力される。 このコントローラ２９０の内部ではアンプ２２０で増幅
された電気信号をＡ／Ｄ変換器２３０でアナログ信号か
らデジタル信号に変換し、インターフェース２４０を通
じて中央演算器（ＣＰＵ）２５０に入力される。 中央演算器２５０では読みだし専用メモリ２６０の情報
や書込読み出し両用メモリを使用して油圧アクチュエー
タ１５０が負荷１６０に応じて最適に動くような信号を
演算して、制御信号をデジタル・アナログ変換器２８０
やアンプ３００を通して電気・油圧変換弁３１０に出力
する。 各電気・油圧変換弁３１０では入力した制御信号をパイ
ロット圧に変換して流量制御弁１１０に出力し、各々の
油圧アクチュエータ１５０を最適に動くよう制御する。 なお、第７図及び第８図中、３２０はポンプ圧力を調圧
するリリーフ弁、１７０は油タンク、２００は油圧配管
である。 しかし、上記構成では、これらの制御回路に負荷の状態
を検出するセンサ２１０が取り付けられ、フィードバッ
ク回路を構成するのが通例である。 しかし各種のセンサ２１０は一般に油圧ショベルの過酷
な作業条件では信頼性が低く、故障したり破損したりし
て油圧ショベルが操作できなくなる場合が多い。 耐久性のあるセンサを取り付ければ良いが、コストが非
常に高くなる欠点がある。 また、フィードバック回路による制御では、マイクロコ
ンピュータの演算処理の負担が大きくなり制御が遅れる
ので、油圧ショベルのきびきびした動作を得るために
は、演算処理が高速な高価なＣＰＵを搭載しなければな
らない。

【問題点を解決するための手段】

この考案は上記欠点を解消すべく鋭意研究の結果創案さ
れたものであって、その主たる課題は、油圧ショベルの
各種の作業モードに対して、それぞれ最適な操作フィー
リングが得られる信頼性の高い且つ低廉な油圧ショベル
の油圧アクチュエータ制御装置を提供するにある。

【問題点を解決するための手段】

上記課題を解決するために、この考案は第１図の機能ブ
ロック図に示す如く、 (a).ブームとアームを介してバケットを装備した上部旋
回体を下部走行体上に旋回自在に設けた油圧ショベルの
油圧アクチュエータを制御する油圧ショベルの油圧アク
チュエータ制御装置において、 (b).可変容量ポンプ９と油圧アクチュエータ１５との間
に油圧パイロット流量制御弁１１を介設する、 (c).該流量制御弁１１に油圧パイロットを発生させる電
気・油圧変換弁３１を設ける、 (d).前記可変容量ポンプ９の斜板角を制御する斜板角制
御装置１０を設ける、 (e).油圧ショベルの作業の種類に応じて作業モード信号
をコントローラ２９に送出する作業モード切換手段３３
を設ける、 (f).油圧アクチュエータ１５を操作する操作レバー１３
のレバー位置を検出するレバー位置センサー１３′を設
ける、 (g).各作業モード毎の操作レバー１３のレバー位置に対
応する最適の油圧アクチュエータ１５の制御値からなる
作業モード制御値ファイルＦ１，Ｆ２，・・Ｆｎをメモ
リ２６に格納し、 該メモリ２６から前記作業モード切換手段３３で入力さ
れた作業モードでの制御値ファイルＦを呼び出し、レバ
ー位置センサ１３′から入力されたレバー位置に対応す
る油圧アクチュエータ１５の制御値を決定する制御値演
算手段２５Ａを備え、 上記決定された油圧アクチュエータの制御値に対応する
制御信号を前記電気・油圧変換弁３１及び斜板角制御装
置１０に出力する制御信号出力手段２５Ｂを備えてなる
コントローラ２９を設ける、 (h).前記作業モード制御値ファイルをコントローラ用の
メモリ２６に書き込む書込手段３６を有し、 レバー位置の入力に対し連動する各油圧アクチュエータ
の流動ゲインを調整するゲイン調整手段３４を備え、 各作業モード時におけるレバー位置センサ１３′から入
力されたレバー位置に対応して電気・油圧変換弁３１へ
出力する出力値が最適な操作フィーリングである場合を
記録し、前記書込手段３６に出力するモードデータ記録
制御手段３５を備えてなる開発制御装置３７を設ける、 という技術的手段を講じている。

【作用】

可変容量ポンプ９と油圧アクチュエータ１５との間に介
設された油圧パイロット流量制御弁１１は、電気・油圧
変換弁３１から出力される油圧パイロットにより制御さ
れる。 また前記可変容量ポンプ９の斜板角は斜板角制御装置１
０によって制御される。 上記電気・油圧変換弁３１と斜板角制御装置１０はコン
トローラ２９の出力側に接続されており制御信号が送ら
れる。 一方コントローラ２９の入力側には作業モード切換手段
３３と、操作レバー１３のレバー位置センサー１３′が
接続されている。 このコントローラ２９には、メモリ２６と制御値演算手
段２５Ａと制御信号出力手段２５Ｂとが設けられてい
る。 従って、前記作業モード切換手段３３で作業モードが選
択され入力されると、メモリ２６からそれに対応する作
業モード制御値ファイルＦを呼び出し、前記制御値演算
手段２５Ａでレバー位置センサ１３′から入力されたレ
バー位置に対応する油圧アクチュエータ１５の制御値を
決定し、次いでこの制御値を制御信号出力手段２５Ｂで
制御信号（電圧）に変換し前記電気・油圧変換弁３１と
斜板角制御装置１０に出力する。 この制御信号は、予めコントローラ２９に開発制御装置
３７を接続し、ゲイン調整手段３４で各作業モードにお
ける作業を実験的に行って、レバー位置に対する最適な
流量ゲインを調整し、得られた最適データをモードデー
タ記録制御手段で記録し、書込手段で油圧アクチュエー
タ１５の最適制御値を示す作業モード制御値ファイルＦ
としてコントローラ２９のメモリ２６に格納するもので
ある。

【実施例】

第２図に本考案の油圧ショベルの油圧アクチュエータ制
御装置を示す。 油圧ショベルは、第６図に示す如く、ブーム３とアーム
５を介してバケット７を装備した上部旋回体２を下部走
行体１上に旋回自在に設けた公知構成からなっており、
ブームシリンダ４、アームシリンダ６、バケットシリン
ダ８、旋回モータ２′、走行モータ１′等の油圧アクチ
ュエータを有している。 これらの油圧アクチュエータ（便宜上符号１５とする）
は、可変容量ポンプ９にそれぞれ油圧パイロット流量制
御弁１１を介して接続されている。 ここで、可変容量ポンプ９は斜板角制御装置１０によっ
て斜板角が制御され圧油の吐出流量が変化する。 また、油圧パイロット流量制御弁１１は本実施例では油
圧パイロット作動式の４ポート３位置切換弁からなっ
て、油圧アクチュエータ１５が油圧シリンダの場合に伸
長位置、ブロック位置、短縮位置に切換可能な構成とな
っている。 この油圧パイロット流量制御弁１１は、電気・油圧変換
弁３１によって制御用の油圧パイロットが発生し制御さ
れる。 上記構成のもとで、斜板角制御装置１０と電気・油圧変
換弁３１とはそれぞれマイクロコンピュータ構成のコン
トローラ２９の出力側に接続されている。 一方、このコントローラ２９の入力側には、油圧アクチ
ュエータ１５操作用の操作レバー（ジョイスティック）
１３の操作角を検出するレバー位置センサ１３′と、作
業モード切換手段の一例を示す作業モード切換スイッチ
３３が接続されている。 即ち、レバー位置センサ１３′は例えばポテンショメー
タ等からなって操作レバー１３の操作角を検出し、アン
プ２２により増幅されて、コントローラ２９に入力され
る。 入力された操作角信号はＡ／Ｄ変換器２３でアナログ値
からデジタル信号に変えられ、インターフェイス２４を
通り中央演算器（ＣＰＵ）２５に入力される。 同様に、作業モード切換スイッチ３３により選択された
作業モード信号は、インターフェイス２４を通り中央演
算器（ＣＰＵ）２５に入力される。 中央演算器２５では、第１図で説明した如く油圧ショベ
ルのオペレータが作業モード切換スイッチ３３で選択し
た作業モードに対応する作業モード制御値ファイルＦ
１，Ｆ２，・・Ｆｎを読み出し専用メモリ２６から呼び
出し、前記操作レバー１３の操作角に対応する油圧アク
チュエータ制御値を決定し、該決定された制御値をもと
に制御信号を出力する。 この出力された制御信号は、Ｄ／Ａ変換器２８によりデ
ジタル信号からアナログ信号に変換され、圧油の流量に
関する制御値は斜板角制御信号として斜板角制御装置１
０に出力され、一方圧油の切換に関する制御値は、油圧
パイロット制御信号としてアンプ３０を介し増幅されて
から電気・油圧変換弁１５に出力される。 これにより、斜板角制御信号は斜板角制御装置１０を制
御して、可変容量ポンプ９の吐出流量を設定値に変え
る。 また、油圧パイロット制御信号は電気・油圧変換弁３１
に入力され、該制御信号に対応するパイロット圧油に変
換されて油圧パイロット流量制御弁１１に伝えられ、該
制御弁を設定位置に切り換える。 これにより、可変容量ポンプ９から流量制御しながら吐
出油を油圧配管２０を介して接続された油圧アクチュエ
ータ１５（例えば、油圧シリンダや油圧モータ）に供給
し所定作動を行わせる。 例えば、オペレータが作業モード切換スイッチ３３で選
択した作業モードが軽作業の場合は、メモリから呼び出
された作業モード制御値ファイルの斜板角制御信号は小
さいので、ポンプの流量を絞るように斜板角制御装置１
０を制御する。 尚、図中１６はブーム・アーム・バケットなどの負荷、
１７は油タンク、３２はポンプの吐出圧力を決めるリリ
ーフ弁である。 これらの油圧アクチュエータ１５にはそれぞれ操作レバ
ー１３が設けられており、通常は走行モータを除き２つ
の操作レバー１３，１３にて作動させ、各種の作業を行
う。 例えば水平ならしなどではブーム３用操作レバー１３と
アーム５用操作レバー１３の、ダンプ積み込みではブー
ム３用操作レバー１３とアーム５用操作レバー１３、お
よびバケット７用操作レバー１３と上部旋回体２の旋回
モータ用操作レバー１３の相関的な操作による連動とな
り、各油圧アクチュエータ１５に入力する油量を微妙に
調節しなければならない。 本考案の油圧アクチュエータ制御装置では、各油圧アク
チュエータ１５がその作業モードに応じて最適に動くよ
うメモリに作業モード制御値ファイルＦ１，Ｆ２，・・
Ｆｎが記憶されており、該ファイルＦから操作レバー１
３の操作に対応する最適値が呼び出され制御信号となっ
て、各油圧アクチュエータ１５毎の電気・油圧変換弁３
１及び斜板角制御装置１０に上記制御信号が出力される
ので、複雑な連動が簡単なレバー操作で遂行し得る。 ここで作業モード制御値ファイルＦ１，Ｆ２，・・Ｆｎ
は、連動する２つの操作レバー１３，１３の相関的な位
置（操作角）に対応して制御値を決定する構成が好まし
い。 この作業モード制御値ファイルＦ１，Ｆ２，・・Ｆｎ
は、開発制御装置３７によってコントローラ２９のメモ
リ２６に書き込まれるものである。 ここで、開発制御装置３７は、第１図で示す如くゲイン
調整手段３４と、モードデータ記録制御手段３５と、書
込手段３６とからなっており、コントローラ２９にイン
ターフェース２４を介して接続され可能な構成となって
いる。 そして各モードに分類される作業を実験的に行い、各油
圧アクチュエータ１５の操作レバー１３のレバー位置セ
ンサ１３′から入力されたレバー位置（操作角）に対応
して、ゲイン調整手段３４で調整されたゲインに基づき
制御信号を電気・油圧変換弁３１へ出力させる。 この出力値はモードデータ記録制御手段３５によりメモ
リ（ＲＡＭ）２７に順次記録され、最適な操作フィーリ
ングが得られた出力値（ゲイン）を作業モード制御値フ
ァイルとして前記メモリ２７に記憶する。 この記憶されたデータは更に、編集機能によって適宜、
最適値に書き換えることができる。 ここで、第５図に操作レバーの操作角と流量ゲインの関
係を示す。 同図(a)は、操作レバーのレバー位置（操作角）と操作
レバー出力信号Ａの関係を示す。 同図(b)は、コントローラ２９の読み書き両用あるいは
読み出し専用メモリ２６にストアされたゲインの制御信
号を示す関係図で、入力信号Ａに対して制御信号Ｂを自
由に調整できる。 同図(c)は、制御信号Ｂに対する電気・油圧変換弁３１
の出力圧力あるいは、流量制御弁１１の流量で、この流
量により油圧ショベルの油圧アクチュエータ１５が制御
される。 これにより油圧パイロット流量制御弁１１は、コントロ
ーラ２９のメモリ２６に記憶された作業モード制御値フ
ァイルＦ１，Ｆ２・・Ｆｎのゲインにより自由に操作レ
バー１３の開度による流量つまり開口特性を変更するこ
とができる。 このように決定された各作業モード毎の作業モード制御
値ファイルが、書込手段３６を介してコントローラ２９
用メモリ２６に書き込まれる。 これによりコントローラ２９から電気・油圧変換弁に送
出される制御信号は、油圧ショベルのオペレータが作業
モードに応じて前記作業モード切換スイッチ３３でマニ
ュアルにより選択し前記メモリ２６からＣＰＵ２５に呼
び出されて、操作レバー１３の操作角信号に応じて決定
される。 次ぎに、本実施例で操作レバー１３はそれぞれの油圧ア
クチュエータ１５毎に設けられており、この操作レバー
１３はパターン切換スイッチ５０を介してコントローラ
２９に接続されている。 このパターン切換スイッチ５０は、操作レバー１３の操
作方向を変更するためのもので、レバー位置センサ１
３′の検知信号に対応する位置パターンのデータを切り
換えて、操作方向をオペレータの好みの方向に設定する
ことができるものである。 従って、操作レバー１３の操作方向のパターン変更が、
パターン切換スイッチ５０の電気接点のワンタッチ切換
で対応できるため、従来のように、パイロット配管継ぎ
かえという複雑で油漏れの原因となる作業を実施しなく
てもよい。 尚、本実施例では開発制御装置３７は、製品開発時にの
み用い、実験的に設定された作業モード制御値データを
予めコントローラ２９用のメモリ２６に書き込んで、以
後は上記データを変更しない構成からなっているが、上
記メモリ２６にＥＥＰＲＯＭ等の如き書換え可能なメモ
リを用い、前記開発制御装置３７で、随時現場の作業条
件に応じて最適な流量ゲインを実験的に求め、得られた
最適なデータを作業モード制御値ファイルに書き換える
ことのできる構成を用いてもよい。 また、作業モード切換手段３３と共に、スイッチ又はキ
ーボードの如き作業条件外部入力手段（図示せず）を設
け、土質や地理的、気候的条件を入力可能とし、前記メ
モリ２６には、その土質や地理的、気候的条件に対応す
る修正値を入力しておき、作業モード制御値データを修
正しうる構成としてもよい。

【考案の効果】

この考案は上記構成からなっているので、油圧ショベル
の各種の作業モードに対して、オペレータが選択スイッ
チで最適な開口特性が得られるため、代表的な作業で
は、常に最適な操作フィーリング及び容易な操作パター
ン変更が得られる。 そのため、オペレータの疲労も少なく、作業効率も向上
して有益である。 更に従来の如く各種のフィードバック用センサを用いて
いないため、コストダウンを図りながら信頼性を一層向
上させることができる。 ショベルの新型機種の開発時に、操作レバーのレバー位
置（操作角）に対する流量制御（開口特性）が簡単にで
きるため、開発費の低減を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の油圧ショベルの油圧アクチュエータ制
御装置を示す機能ブロック図、第２図は本考案の一実施
例としての油圧アクチュエータ制御装置の構成を示すブ
ロック図、第３図は読み書き両用メモリから読み出し専
用メモリへの転写説明図、第４図は操作レバーの操作角
と流量制御弁の流量の関係を示す図、第５図は本考案の
操作レバー角と出力流量・圧力のゲイン関係を示す図、
第６図は油圧ショベルの外観図、第７図は従来の油圧ア
クチュエータ制御回路を示すブロック図、第８図は従来
の電気・油圧アクチュエータ制御回路を示すブロック図
である。 １０……斜板角制御装置 １１……油圧パイロット流量制御弁 １３……操作レバー １３′……レバー位置センサ １５……油圧アクチュエータ １６……負荷 ２５……中央演算器（ＣＰＵ） ２５Ａ……制御値演算手段 ２５Ｂ……制御信号出力手段 ２６……コントローラ用メモリ ２９……コントローラ ３１……電気・油圧変換弁 ３２……リリーフ弁 ３３……作業モード切換スイッチ ３４……ゲイン調整器 ３５……モードデータ記録制御手段 ３６……書込手段 ３７……開発制御装置 ５０……パターン切換スイッチ

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ブームとアームを介してバケットを装備し
   た上部旋回体を下部走行体上に旋回自在に設けた油圧ア
   クチュエータを制御する油圧ショベルの油圧アクチュエ
   ータ制御装置において、 可変容量ポンプと油圧アクチュエータとの間に介設され
   た油圧パイロット流量制御弁と、 該流量制御弁に油圧パイロットを発生させる電気・油圧
   変換弁と、 前記可変容量ポンプの斜板角を制御する斜板角制御装置
   と、 油圧ショベルの作業の種類に応じて作業モード信号をコ
   ントローラに送出する作業モード切換手段と、 油圧アクチュエータを操作する操作レバーのレバー位置
   を検出するレバー位置センサーと、 各作業モード毎の操作レバーのレバー位置に対応する最
   適の油圧アクチュエータの制御値からなる作業モード制
   御値ファイルを格納したメモリを有し、該メモリから前
   記作業モード切換手段で入力された作業モードでの制御
   値ファイルを呼び出し、レバー位置センサから入力され
   たレバー位置に対応する油圧アクチュエータの制御値を
   決定する制御値演算手段を備えると共に、上記決定され
   た油圧アクチュエータの制御値に対応する制御信号を前
   記電気・油圧変換弁及び斜板角制御装置に出力する制御
   信号出力手段を備えたコントローラと、 前記作業モード制御値ファイルをコントローラのメモリ
   に書き込む書込手段を有し、レバー位置の入力に対し連
   動する各油圧アクチュエータの流動ゲインを調整するゲ
   イン調整手段を備えると共に、各作業モード時における
   レバー位置センサから入力されたレバー位置に対応して
   電気・油圧変換弁へ出力する出力値が最適な操作フィー
   リングである場合を記録し、前記書込手段に出力するモ
   ードデータ記録制御手段を備えてなる開発制御装置 とを設けたことを特徴とする油圧ショベルの油圧アクチ
   ュエータ制御装置
2. 【請求項２】レバー位置センサが、レバーの操作方向を
   変更するパターン切換スイッチを介してコントローラに
   接続されていることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項記載の油圧ショベルの油圧アクチュエータ制御
   装置。
3. 【請求項３】油圧アクチュエータが、ブームシリンダ、
   アームシリンダ、バケットシリンダ、旋回モータ、及び
   走行モータのそれぞれからなっていることを特徴とする
   実用新案登録請求の範囲第１項記載の油圧ショベルの油
   圧アクチュエータ制御装置。