JPH08270019A

JPH08270019A - 作業機械

Info

Publication number: JPH08270019A
Application number: JP7782395A
Authority: JP
Inventors: Makoto Samejima; 誠鮫島
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-04-03
Filing date: 1995-04-03
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】量産化されている安価なバルブと容量に上限
があるポンプとを使用して、シリンダ間の負荷が異なっ
ても、レバー操作に応じたシリンダ速度を得ることがで
きる上に、低コスト化、操作性の向上を達成できるよう
にする。【構成】作業機械において、シリンダ５〜７の伸び側
及び縮み側に圧力センサ５０〜５６を設けて、同各圧力
センサと制御装置１００とを接続し、同制御装置を、方
向切換バルブ１４〜１６の要求流量を算出するバルブ要
求流量演算部１０２と、方向切換バルブ１４〜１６の変
位指令値を算出するバルブ指令演算部１０３と、飽和修
正値を算出する飽和修正演算部１０４とにより構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、重量物把持装置やコン
クリートポンプ車等の作業機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の作業機械を図１３により説明する
と、１が作業機械本体で、同作業機械本体１には、第１
アーム２の一端部が枢着され、同第１アーム２の他端部
には、第２アーム３が枢着され、同第２アーム３の他端
部には、第３アーム４が枢着されて、互いが一連の状態
に連結されている。

【０００３】前記第１〜第３アーム２、３、４は、第１
シリンダ５、第２シリンダ６、第３シリンダ７によりそ
れぞれの枢着部を中心に回転される。第３アーム４の先
端部には、重量物９を把持するための把持装置８が装着
されている。１１が前記第１〜第３シリンダ５、６、７
に対して圧油を供給する可変容量型ポンプで、同ポンプ
１１は、エンジン、モータ等の駆動源１０により駆動さ
れる。ポンプ１１は、所謂、可変容量型であり、吐出流
量を変えるための斜板１２をもっている。この斜板１２
は、斜板駆動装置１３により駆動される。

【０００４】前記可変容量型ポンプ１１からの圧油は、
第１バルブ１４、第２バルブ１５、第３バルブ１６を介
して第１シリンダ５、第２シリンダ６、第３シリンダ７
のそれぞれに供給される。また１７がリリーフ弁で、同
リリーフ弁１７は、圧油の上限を設定するものである。
１８が操作レバーで、同操作レバー１８は、作業機械を
操作するためのものであり、第１アーム２、第２アーム
３、第３アーム４に対する指令信号が操作レバー１８か
ら制御装置１９に入力され、制御装置１９からは、第１
バルブ１４、第２バルブ１５、第３バルブ１６への指令
信号と斜板駆動装置１３への指令信号とが出力される。（１）上記作業機械では、第１バルブ１４、第２バルブ
１５、第３バルブ１６にサーボバルブを使用している。

【０００５】この場合、第１〜第３シリンダ５〜７に
は、同各シリンダの変位を検出する変位センサ（図示せ
ず）が装着されており、同変位センサの検出信号が制御
装置１９に入力される。そして制御装置１９は、操作レ
バー１８の指令値に対する第１シリンダ５、第２シリン
ダ６、第３シリンダ７の変位或いは速度を目標値に追従
するように演算して、この演算結果をサーボバルブであ
る第１バルブ１４、第２バルブ１５、第３バルブ１６へ
指令信号して出力する。

【０００６】但しサーボバルブを使用する場合、油圧源
の圧力、即ち、ポンプ１１の圧力は、一定であることが
前提になる。その前提条件を満たすために、大容量のポ
ンプ１１を使用して、十分な流量を供給する必要があ
る。（２）上記作業機体では、第１バルブ１４、第２バルブ
１５、第３バルブ１６に通常のスプールバルブを使用す
る場合がある。

【０００７】上記スプールバルブは、スプールを外部か
らの所謂パイロット圧力により駆動して、ポンプ１１か
らの圧油を通過或いは方向を切り換えるものである。こ
の場合、制御装置１９は、第１〜第３アーム２〜４に対
応する第１〜第３バルブ１４〜１６に優先度を設けて、
互いを連動操作する場合、優先度の高いバルブほど、操
作レバー１８の操作量に応じた指令値とし、優先度の低
いバルブは、操作レバー１８の操作量よりも低い指令値
とし、圧油をより優先度の高いバブルからシリンダへ供
給して、アームを駆動するように制御している。（３）上記作業機械では、ロードセンシングシステム
（バルブの入口圧と出口圧との差圧を一定にする圧力補
償弁（図示せず）の流量を制御する主弁、即ち、図１３
中の第１バルブ１４と第２バルブ１５と第３バルブ１６
とからなる所謂ロードセンシングシステム）を使用する
場合がある（なおロードセンシングシステムに関する文
献は、例えば一柳著「油圧ショベルにおける可変ポンプ
回路」、油圧と空気圧、第２４巻、第２号」）。

【０００８】このロードセンシングシステムによれば、
各バルブ前後の差圧が一定に保たれているので、操作レ
バー１８の指令値に応じて主弁を操作することにより、
操作レバー１８の指令値に応じた圧油を通過させること
が可能であって、レバー操作量に応じたシリンダ速度
（アームの動き）が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記図１３に示す従来
の作業機械の制御装置１９では、次の問題があった。前
記（１）のように第１バルブ１４、第２バルブ１５、第
３バルブ１６にサーボバルブを使用する場合は、各シ
リンダの変位を検出する変位センサが必要である。ま
た大容量のポンプを使用して、十分な流量を供給する必
要がある。またサーボバルブ自身高価であり、コスト
高になる。

【００１０】前記（２）のように第１バルブ１４、第２
バルブ１５、第３バルブ１６に通常のスプールバルブを
使用する場合は、第１〜第３アーム２〜４に対応するバ
ルブ１４〜１６に優先度を設けており、コスト高になら
ないが、バルブを通過する流量がバルブの開口面積とバ
ルブ前後の差圧とで決まるため、優先度が低いバルブで
も対応するシリンダの圧力が他のシリンダ圧よりも低過
ぎると、多くの圧油が優先度の低いハルブを通過し、優
先度の高いバルブには、あまり圧油が供給されなくて、
レバー操作通りのシリンダ速度が得られない場合が生じ
る。

【００１１】図１４は、第１〜第３アーム２〜４の姿勢
を姿勢Ｌから姿勢Ｕに変化させる状態を示している。こ
のとき、各シリンダ５、６、７は全て伸びる方向に操作
される。図１５は、図１４に示した姿勢Ｌより各レバー
指令値を同時に１００％ステップ入力した場合のシミュ
レーション結果であり、第１〜第３シリンダ５〜７の速
度を示している。なおこのときの第１〜第３ハルブ１４
〜１６は、固定にしている。

【００１２】図１５に示すようにシリンダに作用する負
荷が小さいものほど多くの圧油が流れるため、レバー操
作量は全て１００％と同じであっても、最大２倍以上の
速度の違いが生じている。このようにシリンダ間の圧力
が影響し合って流量配分が変化してしまうことを干渉す
ると称している。前記（２）の場合には、各バルブに優
先度を設けるため、図１５に示すほどの速度の違いは生
じないにしても、姿勢に対するシリンダ圧が急激に変化
するため、レバー操作量に応じたシリンダ速度を満足す
ることが困難になる。

【００１３】前記（３）のようにバルブ前後の差圧を一
定にする圧力補償弁（図示せず）を用いたロードセンシ
ングシステムの場合は、差圧を一定に維持しているた
め、レバー操作に応じたシリンダ速度が得られる。しか
し第１〜第３バルブ１４〜１６のそれぞれに圧力補償弁
を設けなければならないため、その分、コスト高になる
ばかりか、圧力補償弁を操作するためのパイロット回路
が必要になって、油圧回路が複雑になってしまう。

【００１４】本発明は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり、その目的とする処は、量産化されている安価
なバルブと容量に上限があるポンプとを使用して、シリ
ンダ間の負荷が異なっても、レバー操作に応じたシリン
ダ速度を得ることができ、低コスト化、操作性の向上
を併せ達成できる作業機械を提供しようとする点にあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、枢着部を介して一連の状態に連結され
た複数本のアームと、同各アームのそれぞれを枢着部を
中心に回転させる複数個のシリンダと、エンジン、モー
タ等の駆動装置により駆動される可変容量型ポンプと上
記各シリンダとの間の油圧回路に介装した複数個の方向
切換弁と、同各方向切換弁を制御する制御装置と、同制
御装置に接続した操作レバーとを有し、上記可変容量型
ポンプからの圧油を上記各方向切換バルブを介して上記
各シリンダへ供給し、同各シリンダにより上記各アーム
を枢着部を中心に回転させて、所定の作業を行う作業機
械において、前記各シリンダの伸び側及び縮み側に圧力
センサを設けて、同各圧力センサと前記制御装置とを接
続し、同制御装置を、前記各方向切換バルブの要求流量
を算出するバルブ要求流量演算部と、同各方向切換バル
ブの変位指令値を算出するバルブ指令演算部と、飽和修
正値を算出する飽和修正演算部とにより構成している
（請求項１）。

【００１６】前記作業機械において、制御装置のバルブ
要求流量演算部は、各レバー操作指令値の総和をポンプ
の斜板指令値とし、上記ポンプ斜板指令値が上限以下の
とき、ポンプ最大吐出流量と各レバー操作指令値とで各
方向切換バルブに対する要求流量を算出し、前記ポンプ
斜板指令値が上限を越えたとき、ポンプ斜板指令値を前
記上限値とし、さらに各レバー操作指令値が同一値のと
き、各アームを駆動する各シリンダの速度が所定の速度
比となるようにポンプ最大吐出流量と各シリンダの受圧
面積と各シリンダに対する速度比と各アームに対するレ
バー操作指令値とを用いて、各方向切換バルブに対する
要求流量を算出するように構成し、バルブ指令演算部
は、ポンプの吐出圧力と方向切換バルブにより圧油が供
給される側のシリンダ圧力との差圧と前記バルブ要求流
量演算部により得られた各方向切換バルブに対する各要
求流量とから各方向切換バルブで必要とする開口面積を
求め、さらにこの開口面積から各方向切換バルブの変位
指令値を算出するように構成し、飽和修正演算部は、前
記バルブ指令演算部により得られた各バルブ変位指令の
うちの最大値を上限値と比較し、上記最大値が上限値を
越えたとき、当該バルブ指令を上限値に固定し、上限値
を越えていない他のバルブ指令値を前記最大値に応じて
減少させて、上記値を他の上限値を越えていないバルブ
に対する新しいバルブ指令値とするように構成してもよ
い（請求項２）。

【００１７】前記作業機械において、ポンプの吐出圧に
おける固有振動数（油柱共振点）近傍でゲインが高く、
低振動数域及び高振動数域ではゲインが低下するフィル
タを使用して、ポンプ吐出圧のセンサ信号を上記フィル
タの入力信号とし、該フィルタ出力をポンプ斜板の補償
量とし、前記バルブ要求流量演算部からのポンプ斜板指
令値に上記フィルタ出力を加算して、この加算値をポン
プ斜板指令値とするようにしてもよい（請求項３）。

【００１８】前記作業機械において、各シリンダに変位
を検出する変位センサ或いは各アーム連結部に角度セン
サを設けて、各シリンダの実変位を検出し、さらに同実
変位から実速度を算出して、バルブ要求流量演算部によ
り得られた各方向切換バルブに対する要求流量と各シリ
ンダの受圧面積から各シリンダの目標速度を算出する目
標速度演算部と、同目標速度演算部からの各シリンダの
目標速度と前記各シリンダの実速度とを入力して各シリ
ンダ速度を目標値に追従させる速度補償演算部とを有
し、速度補償演算部からの各バルブに対する補償値と飽
和修正演算部により得られた各バルブ指令値とをそれぞ
れ加算して、この加算値を各バルブの指令値とし、前記
速度補償演算部からの各バルブに対する補償値の総和を
前記ポンプ斜板指令値に加算して、この加算値をポンプ
斜板指令値としてもよい（請求項４）。

【００１９】

【作用】

（１）制御装置のバルブ要求流量演算部は、各レバー操
作指令値の総和をポンプの斜板指令値とし、上記ポンプ
斜板指令値が上限以下のとき、ポンプ最大吐出流量と各
レバー操作指令値とで各方向切換バルブに対する要求流
量を算出し、前記ポンプ斜板指令値が上限を越えたと
き、ポンプ斜板指令値を前記上限値とし、さらに各レバ
ー操作指令値が同一値のとき、各アームを駆動する各シ
リンダの速度が所定の速度比となるようにポンプ最大吐
出流量と各シリンダの受圧面積と各シリンダに対する速
度比と各アームに対するレバー操作指令値とを用いて、
各方向切換バルブに対する要求流量を算出する。（２）
またバルブ指令演算部は、ポンプの吐出圧力と方向切換
バルブにより圧油が供給される側のシリンダ圧力との差
圧と前記バルブ要求流量演算部により得られた各方向切
換バルブに対する各要求流量とから各方向切換バルブで
必要とする開口面積を求め、さらにこの開口面積から各
方向切換バルブの変位指令値を算出する。（３）また飽
和修正演算部は、前記バルブ指令演算部により得られた
各バルブ変位指令のうちの最大値を上限値と比較し、上
記最大値が上限値を越えたとき、当該バルブ指令を上限
値に固定し、上限値を越えていない他のバルブ指令値を
前記最大値に応じて減少させて、上記値を他の上限値を
越えていないバルブに対する新しいバルブ指令値とす
る。

【００２０】

【実施例】次に本発明の作業機械を図に示す各実施例に
より説明する。図１〜図６は、制御装置の第１実施例を
示しており、そのうち、図１は、作業機械の油圧回路
図、図２は、制御装置の系統図、図３は、同制御装置の
バルブ要求流量演算部の演算結果を示す説明図、図４
は、バルブの変位と開口面積との関係を示す説明図、図
５は、同制御装置の飽和修正演算部の演算結果例を示す
説明図、図６は、同制御装置のシミュレーション計算結
果を示す説明図である。

【００２１】図７〜１０は、制御装置の第２実施例を示
しており、図７は、制御装置の系統図、図８は、同制御
装置のフィルタの周波数特性を示す説明図、図９は、同
制御装置のシミュレーション計算結果を示す説明図であ
る。図１０〜図１２は、制御装置の第３実施例を示して
おり、図１０は、作業機械の油圧回路図、図１１は、制
御装置の系統図、図１２は、同制御装置のシミュレーシ
ョン計算結果を示す説明図である。

【００２２】次に上記各実施例を具体的に説明する。図
１３に示す従来の作業機械と同一部分については同一の
符号を付してその説明を省略している。（第１実施例）先ず作業機械の制御装置の第１実施例を
説明する。図１の第１シリンダ５には、その伸び側、縮
み側にそれぞれ圧力センサ５０、５１を設け、第２シリ
ンダ６には、その伸び側、縮み側にそれぞれ圧力センサ
５２、５３を設け、第３シリンダ７には、その伸び側、
縮み側にそれぞれ圧力センサ５４、５５を設け、さらに
可変容量型ポンプ１１の吐出側に吐出圧を検出する圧力
センサ５６を設けている。

【００２３】前記圧力センサ５０〜５６の検出信号は、
制御装置１００に入力される。制御装置１００は、操作
レバー１８の信号と前記圧力検出信号とを入力し、第１
バルブ１４、第２バルブ１５、第３バルブ１６、及び可
変容量型ポンプ１１の斜板駆動装置１３に操作信号を出
力する。１００が制御装置で、同制御装置１００は、図
１３に示す従来の制御装置１７と機能が異なるため、符
号を１００に変えて示している。

【００２４】図２は、制御装置１００の系統図であり、
操作レバー１８からの第１アームレバー指令ＬＣ１と、
第２アームレバー指令ＬＣ２と、第３アームレバー指令
ＬＣ３とがバルブ流量演算部１０２に入力され、バルブ
流量演算部１０２からは、第１バルブ１４、第２バルブ
１５、第３バルブ１６のそれぞれに対する要求流量Ｑｃ
１、Ｑｃ２、Ｑｃ３、及び可変容量型ポンプ１１の斜板
駆動装置１３に対するポンプ斜板指令φｄが出力され
る。

【００２５】バルブ指令演算部１０３は、前記要求流量
Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３を入力し、第１〜第３バルブ１
４〜１６の変位指令値Ｃｑ１、Ｃｑ２、Ｃｑ３を出力す
る。飽和修正演算部１０４は、バルブ指令演算部１０３
からの変位指令値Ｃｑ１、Ｃｑ２、Ｃｑ３が上限に達し
た場合の処理を行うものであり、この飽和修正演算部１
０４の出力は、第１〜第３バルブ１４〜１６の変位指令
値Ｃｄ１、Ｃｄ２、Ｃｄ３である。

【００２６】次に前記図１、図２に示す制御装置１００
の作用を具体的に説明する。バルブ要求流量演算部１０
２では、前記のように操作レバー１８からのレバー指令
ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３に対して第１〜第３バルブ１４
〜１６を通過すべき流量を算出する。主板駆動装置１３
への斜板指令値φｄは、前記レバー指令ＬＣ１、ＬＣ
２、ＬＣ３の総和で算出するが、主板駆動装置１３への
斜板指令値φｄは、その上限値（ここでは上限値を１．
０としている）を越えることはできない。これは、次式
（１）で表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】バルブ１４、１５、１６への要求流量Ｑｃ
１、Ｑｃ２、Ｑｃ３は、式（２）に示すように、φｄ＜
１．０のとき、レバー指令ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３に比
例した値とする。ここで、Ｑmax は、ポンプ１１の最大
吐出流量である。斜板指令値φｄ＝１．０のとき、各レ
バー指令値が同一値であれば、第１〜第３アーム２〜４
を駆動する第１〜第３シリンダ５〜７の速度が所定の速
度比になるようにポンプ最大吐出流量Ｑmax と各シリン
ダの受圧面積Ａ１１、Ａ２１、Ａ３１と各シリンダに対
する速度比α、β、γと各アームに対するレバー指令値
ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３とを用いて、第１〜第３バルブ
１４〜１６に対する要求流量Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３を
算出する。

【００２９】前記シリンダの受圧面積Ａ１１、Ａ２１、
Ａ３１は、圧油が供給される側のシリンダの面積を表
し、最初の添字番号１、２、３がシリンダの番号を表
し、次の添字番号の１がシリンダの伸び側を表してい
る。シリンダ縮み側の面積は、Ａ１２、Ａ２２、Ａ３２
で表されるが、ここでは、シリンダの伸び側に操作され
た場合の式を示している。シリンダの縮み側を考慮した
式は、単に式（２）を拡張するだけであり、説明は伸び
側の操作だけで十分である。

【００３０】

【数２】

【００３１】例えば、式（２）において、レバー指令が
ＬＣ１＝ＬＣ２＝ＬＣ３＝１．０のとき、φｄ≧１．０
になり、要求流量Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３は、式（３）
で表される。

【００３２】

【数３】

【００３３】シリンダの目標速度は、要求流量／シリン
ダ受圧面積（Ｑｃｉ／Ａｉ１、ｉ＝１〜３）で表される
ので、式（３）より各シリンダの目標速度の比はα：
β：γになる。図３は、α＝β＝γ＝１．０とし、各レ
バー指令ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３を順に増加させたとき
のバルブ要求流量の正規化値Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３及
びポンプ斜板指令φｄを（１）式、（２）式を用いて表
したものであり、横軸は、時間に相当する制御演算ステ
ップである。前記正規化値とは、バルブ要求流量Ｑｃ
１、Ｑｃ２、Ｑｃ３をポンプ最大吐出流量Ｑmax で割っ
た値である。

【００３４】図３に示すようにポンプ斜板指令φｄが
１．０になっている範囲で要求流量Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑ
ｃ３が修正されている。レバー指令値信号が１００％に
なるのは、図中の２００〜２５０ステップの間である
が、このときの要求流量の正規化値は、それぞれ、Ｑｃ
１＝０．４８８８、Ｑｃ２＝０．２８６８、Ｑｃ３＝
０．２２４４になり、シリンダ受圧面積（ここでは、Ａ
１１＝２２６cm²．２、Ａ２１＝１３２．７cm²、Ａ３
１＝１０３．９cm²とそれぞれ異なった値にしており、
実際の作業機械のシリンダに対応させている）で割って
得られるシリンダ速度は、全て１２．９６cm／sec にな
り、レバー指令が全て１００％のとき、各シリンダは同
一速度になる。これは、α＝β＝γ＝１．０としたため
である。

【００３５】バルブ指令演算部１０３は、前記要求流量
Ｑｃ１、Ｑｃ２、Ｑｃ３を入力し、バルブ１４、１５、
１６の変位指令値Ｃｑ１、Ｃｑ２、Ｃｑ３を出力する。
バルブの通過流量は、バルブ前後の差圧の１／２乗及び
バルブの開口面積に比例することが知られている。一般
にバルブの通過流量Ｑ（cc/sec）とバルブ前後の差圧Δ
Ｐ（kgf/cm²）及びバルブ開口面積Ａｖ（cm²）との間
には、次の関係が成り立つ。上記差圧ΔＰは、ポンプ１
１の吐出圧力Ｐｐと圧油を供給する側のシリンダの圧力
との差であり、圧力値は、図１に示した圧力センサ５６
〜５６から得られる。

【００３６】

【数４】

【００３７】また式（４）は、次のように変形すること
ができる。

【００３８】

【数５】

【００３９】バルブの開口面積Ａｖと変位Ｘｖとの関係
は、図４中の（ａ）で表される。これは、バルブに関す
る設計仕様で決められる関係である。図４中の（ｂ）は
（ａ）と同じものであるが、開口面積Ａｖに対する変位
Ｘｖを示している。（ｂ）の図より次の関数を一義的に
求めることができる。

【００４０】

【数６】

【００４１】式（５）を式（６）に代入することによ
り、バルブの変位を求めることができる。式（５）、式
（６）の変数に対し、Ｘｖをバルブ指令演算部１０３の
出力であるバルブ変位指令Ｃｑｉ（ｉ＝１〜３）に対応
させ、Ｑをバルブ要求流量Ｑｃｉに対応させ、差圧ΔＰ
をポンプ圧Ｐｐとシリンダ圧Ｐｉ１との差に対応させる
ことにより、バルブ指令演算部１０３の処理内容が示さ
れる。

【００４２】飽和修正演算部１０４は、前記バルブ変位
指令Ｃｑｉ（ｉ＝１〜３）のいずれかが上限値（ここで
は１．０）を越えた場合の処理を行うものである。前記
式（５）中の圧力差（Ｐｐ−Ｐｉ１）が小さくなると、
Ｃｑｉは増加する。そこで、３つの指令値のうちの最大
値Ｃmax を求め、その値が上限値を越えたバルブに対し
ては指令値を上限値とし、上限値に達していない他のハ
ルブに対しての指令を前記３つの指令値のうちの最大値
Ｃmax で除算して減少させる。即ち、式（７）に示した
処理を飽和修正演算部１０４で行う。

【００４３】

【数７】

【００４４】一例として、第１シリンダ５と可変容量型
ポンプ１１との差圧ΔＰが最初３５kgf ／cm²である状
態から徐々に低下した場合の各指令値Ｃｄｉ（ｉ＝１〜
３）の演算結果を図５に示す。第１バルブ１４の指令値
Ｃｄ１が飽和した後、他の指令値が減少している。即
ち、第１バルブ１４の要求流量Ｑｃ１を満たすために
は、本来、前記上限値以上の変位が必要であるが、バル
ブの機構上の制約からそれ以上変位できず、要求流量Ｑ
ｃ１以下の流量しか流せない。そのため、他のバルブに
対しても変位を小さくして、バルブ通過流量を減少さ
せ、流量配分のバランスを維持して、操作感覚に違和感
を生じさせないようにする。

【００４５】図６は、前記バルブ要求流量演算部１０
２、バルブ指令演算部１０３、飽和修正演算部１０４か
らなるバルブ流量制御演算部１０１による制御装置１０
０を用いて、図１４に示した姿勢Ｌより各レバー指令値
を同時に１００％ステップ入力した場合のシミュレーシ
ョン結果である。なお前記速度比α、β、γは、全て
１．０であり、このときの各シリンダの目標速度は、１
２．９cm／sec である。図に示したように各シリンダ速
度は、目標値に近くなっており、略レバー操作に応じた
シリンダ速度が得られる。

【００４６】（第２実施例）次に制御装置の第２実施例
を説明する。図７の１００は制御装置、１０５はポンプ
圧Ｐｐを入力とするフィルタであり、前記バルブ要求流
量演算部１０２から出力されるポンプ斜板指令φｄから
前記フィルタ１０５の出力を加算器１０６で減算し、上
記加算器からの出力を新しいポンプ斜板指令φｃとする
ものである。

【００４７】上記フィルタ１０５は、図８に示すように
周波数に対してゲインが山型をなし、位相は＋９０deg
から徐々に−９０deg に移行する特性をもち、次式で表
される。

【００４８】

【数８】

【００４９】次に前記図７に示す制御装置１００の作用
を具体的に説明する。前記フィルタ１０５は、ポンプ１
１の吐出圧における固有振動数（油柱共振点）近傍では
ゲインが高く、低振動数域及び高振動数域ではゲインが
低下するように設計し、同フィルタ１０５の出力をポン
プ斜板１２に対する補償量として加算器１０６にフィー
ドバックすることにより、ポンプ１１の圧力変動を減衰
させる。即ち、操作レバー１８で操作するときに感じる
ショックを低減させる。

【００５０】図９は、図７に示す制御装置１００による
シミュレーションの結果を示しており、図６に示した操
作と同じ条件、即ち、姿勢Ｌより各レバーの操作を同時
に１００％ステップ操作した場合である。図９から各シ
リンダ速度の最初の行き過ぎ量が図６に比べて大幅に低
減されていることが判る。即ち、レバー操作時に生じる
ショックが低減され且つ略レバー操作に応じたシリンダ
速度が得られる。

【００５１】（第３実施例）次に制御装置の第３実施例
を説明する。図１０において図１と同一部分については
説明を省略している。図１０の５７、５８は第１〜第３
アーム２〜４の連結部分に設けた角度センサである。こ
の角度センサ５７、５８は、シリンダ６、７の変位を検
出するためのものであり、当然、各シリンダ６、７に変
位センサを直接設けるようにしてもよい。

【００５２】図１０に示すように角度センサ５７、５８
を使用した場合、２つのアームとシリンダとより構成さ
れる三角形の機構と角度とから、シリンダ６、７の変位
を容易に算出可能である。２００が制御装置で、上記角
度センサ５７、５８の検出信号は、同制御装置２００に
入力される。

【００５３】図１１は、制御装置２００の系統図であ
る。ここでは、図７に示す制御装置１００と異なる部分
のみを説明する。２０１はシリンダの目標速度を算出す
る目標速度演算部であり、第２シリンダ６、第３シリン
ダ７に対する目標速度Ｖｔ２、Ｖｔ３を出力するように
している。第１シリンダ５に関しては、第１、第２実施
例に示した制御装置により十分な速度精度を得られるた
め、第１シリンダに対する目標速度は設けていない。

【００５４】２０２は前記目標速度Ｖｔ２、Ｖｔ３と第
２シリンダ６、第３シリンダ７の実速度Ｖ２、Ｖ３とを
入力する速度補償演算部であり、ここでは、上記速度補
償演算部２０２にＰＩ（比例＋積分）制御を適用した例
を示している。シリンダの実速度は、前記シリンダ変位
を微分して容易に得られる。速度補償演算部２０２の出
力値は、第２バルブ１５、第３バルブ１６に対する補償
量ｄＣ２、ｄＣ３であり、それぞれが加算器２０５、２
０６により、飽和修正演算部１０４から出力される第
２、第３バルブ１５、１６に対する指令値Ｃｄ２、Ｃｄ
３に加算され、上記加算値を第２、第３バルブ１５、１
６に対する新しい指令値Ｃｃ２、Ｃｃ３とする。

【００５５】さらに速度補償演算部２０２からの出力値
ｄＣ２、ｄＣ３が加算器２０３により加算され、上記加
算値が第２実施例で示したポンプ斜板指令値と加算器２
０４で加算され、上記加算値が新しいポンプ斜板指令φ
ｃになる。次に図１１中の目標速度演算部２０１、速度
補償演算部２０２の処理内容を説明する。

【００５６】目標速度演算部２０１から出力される目標
速度Ｖｔｉ（ｉ＝２、３）は、バルブ要求流量演算部１
０２から得られるバルブ要求流量Ｑｃｉ（ｉ＝２、３）
とシリンダ受圧面積Ａｉ１（ｉ＝２、３）とを用いて次
式により求める。

【００５７】

【数９】

【００５８】速度補償演算部２０２には、一例としてＰ
Ｉ制御を用いる。上記速度補償演算部２０２は所謂速度
フィードバックを構成するものであり、その機能は、定
常状態における制御誤差を無くすことである。上記機能
を満たすものであれば、どのような補償手段を採用して
も差し支えない。ＰＩ制御は、次式の伝達関数Ｇ（ｓ）
により与えられる。

【００５９】

【数１０】

【００６０】そして速度フィードバックするためには、
各目標速度Ｖｔｉ、実速度Ｖｉ（ｉ＝２、３）を用いて
次のように処理する。

【００６１】

【数１１】

【００６２】次に前記図１１に示す制御装置２００の作
用を具体的に説明する。図１１中の速度補償演算部２０
２で速度フィードバックを構成することにより、第２、
第３シリンダ６、７の速度Ｖ２、Ｖ３を目標速度Ｖｔ
２、Ｖｔ３に追従させることが可能であり、そのため、
操作レバー１８による操作に対して各シリンダ速度の精
度が向上する上に、操作性が向上する。

【００６３】また第２、第３バルブ１５、１６に対する
補償量ｄＣ２、ｄＣ３の加算値をポンプ斜板指令に加算
することは、バルブの補償量に応じてポンプの吐出量を
も補正することである。例えば補償量ｄｃ２が増加すれ
ば、その分、供給する圧油も増加させるように働く。さ
らに第２実施例のフィルタ１０５をそのまま使用してい
るため、レバー操作直後に発生するショックも低減する
し、操作性が向上する。

【００６４】図１２は、図１１の制御装置２００による
シミュレーションの結果を示しており、図６に示した操
作と同じ条件、即ち、姿勢Ｌより各操作レバーを同時に
１００％ステップ操作した場合である。図１２に示すよ
うに各シリンダ速度は精度良く一致しており、最初の行
き過ぎ量が図６に比べて大幅に低減していることが判
る。即ち、レバー操作時に生じるショックが低減する
し、レバー操作に応じた高精度なシリンダ速度が得られ
る。

【００６５】以上具体的に説明したように本発明によれ
ば、作業機の姿勢により各シリンダ５、６、７に作用す
る負荷が異なっても、レバー操作に応じたシリンダ速度
が得られ上に、容量に上限のあるポンプ１１にも適用可
能である。また各レバー操作指令が同一の場合、各アー
ム２、３、４を駆動する各シリンダ５、６、７の速度が
所定の速度比になるように制御されるため、作業機械の
操作速度を予め設定することが可能になる。

【００６６】ポンプ圧Ｐｐをフィルタ１０５に入力し、
上記フィルタ出力をポンプ斜板１２に対する補償量にし
ているため、操作レバー１８を急激に操作したときに生
じるショックが大幅に低減して、操作性が向上する。各
バルブ１４、１５、１６の変位の上限値を考慮してお
り、そのため、レバー操作中に何れかのバルブが上限値
に達しても、操作性が悪化しない。

【００６７】バルブ要求流量から各シリンダ５、６、７
に対する目標速度を算出し、実際のシリンダ速度をフィ
ードバックして、その補償値をバルブ指令とポンプ斜板
指令に加算することにより、レバーの操作量に対応した
シリンダ速度を精度良く維持することが可能で、この点
からも操作性が向上する。

【００６８】

【発明の効果】本発明の作業機械の制御装置は前記のよ
うに構成されており、作業機の姿勢により各シリンダに
作用する負荷が異なっても、レバー操作に応じたシリン
ダ速度を得ることができる上に、容量に上限のあるポン
プにも適用できる。また各レバー操作指令が同一の場
合、各アームを駆動する各シリンダの速度が所定の速度
比になるように制御できるため、作業機械の操作速度を
予め設定することができる。

【００６９】またポンプ圧をフィルタに入力し、このフ
ィルタ出力をポンプ斜板に対する補償量としたため、操
作レバーを急激に操作したときに生じるショックを大幅
に低減することができて、操作性を向上できる。また各
バルブの変位の上限値を考慮しているため、レバー操作
中に何れかのバルブが上限値に達しても、操作性の悪化
を防止できる。

【００７０】またバルブ要求流量から各シリンダに対す
る目標速度を算出し、実際のシリンダ速度をフィードバ
ックして、その補償値をバルブ指令とポンプ斜板指令に
加算するので、レバーの操作量に対応したシリンダ速度
を精度良く維持することができて、この点からも操作性
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作業機械の油圧回路図である。

【図２】同作業機械に適用した制御装置の第１実施例を
示す系統図である。

【図３】同制御装置のバルブ要求流量演算部の演算結果
を示す説明図である。

【図４】バルブの変位と開口面積との関係を示す説明図
である。

【図５】同制御装置の飽和修正演算部の演算結果例を示
す説明図である。

【図６】同制御装置のシミュレーション計算結果を示す
説明図である。

【図７】同作業機械に適用した制御装置の第２実施例を
示す系統図である。

【図８】同制御装置のフィルタの周波数特性を示す説明
図である。

【図９】同制御装置のシミュレーション計算結果を示す
説明図である。

【図１０】作業機械の他の例の油圧回路図である。

【図１１】同作業機械に適用した制御装置の第３実施例
を示す系統図である。

【図１２】同制御装置のシミュレーション計算結果を示
す説明図である。

【図１３】従来の作業機械の油圧回路図である。

【図１４】同作業機械のアームの動作を示す説明図であ
る。

【図１５】同作業機械のシミュレーション計算結果を示
す説明図である。

【符号の説明】

１作業機械本体２第１アーム３第２アーム４第３アーム５第１シリンダ６第２シリンダ７第３シリンダ８把持装置９重量物１０駆動源１１ポンプ１２斜板１３斜板駆動装置１４第１バルブ１５第２バルブ１６第３バルブ１７リリーフ弁１８操作レバー１９制御装置５０〜５６圧力センサ５７〜５８角度センサ１００制御装置１０１バルブ流量制御演算部１０２バルブ要求流量演算部１０３バルブ指令演算部１０４飽和修正演算部１０５フィルタ１０６加算器２００制御装置２０１目標速度演算部２０２速度補償演算部２０３加算器２０４〃２０５〃２０６〃

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ１５Ｂ 11/16 9037−3ＪＦ１５Ｂ 11/16 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】枢着部を介して一連の状態に連結された
複数本のアームと、同各アームのそれぞれを枢着部を中
心に回転させる複数個のシリンダと、エンジン、モータ
等の駆動装置により駆動される可変容量型ポンプと上記
各シリンダとの間の油圧回路に介装した複数個の方向切
換弁と、同各方向切換弁を制御する制御装置と、同制御
装置に接続した操作レバーとを有し、上記可変容量型ポ
ンプからの圧油を上記各方向切換バルブを介して上記各
シリンダへ供給し、同各シリンダにより上記各アームを
枢着部を中心に回転させて、所定の作業を行う作業機械
において、前記各シリンダの伸び側及び縮み側に圧力セ
ンサを設けて、同各圧力センサと前記制御装置とを接続
し、同制御装置を、前記各方向切換バルブの要求流量を
算出するバルブ要求流量演算部と、同各方向切換バルブ
の変位指令値を算出するバルブ指令演算部と、飽和修正
値を算出する飽和修正演算部とにより構成したことを特
徴とする作業機械。
【請求項２】前記バルブ要求流量演算部は、各レバー
操作指令値の総和をポンプの斜板指令値とし、上記ポン
プ斜板指令値が上限以下のとき、ポンプ最大吐出流量と
各レバー操作指令値とで各方向切換バルブに対する要求
流量を算出し、前記ポンプ斜板指令値が上限を越えたと
き、ポンプ斜板指令値を前記上限値とし、さらに各レバ
ー操作指令値が同一値のとき、各アームを駆動する各シ
リンダの速度が所定の速度比となるようにポンプ最大吐
出流量と各シリンダの受圧面積と各シリンダに対する速
度比と各アームに対するレバー操作指令値とを用いて、
各方向切換バルブに対する要求流量を算出するように構
成し、前記バルブ指令演算部は、ポンプの吐出圧力と方向切換
バルブにより圧油が供給される側のシリンダ圧力との差
圧と前記バルブ要求流量演算部により得られた各方向切
換バルブに対する各要求流量とから各方向切換バルブで
必要とする開口面積を求め、さらにこの開口面積から各
方向切換バルブの変位指令値を算出するように構成し、前記飽和修正演算部は、前記バルブ指令演算部により得
られた各バルブ変位指令のうちの最大値を上限値と比較
し、上記最大値が上限値を越えたとき、当該バルブ指令
を上限値に固定し、上限値を越えていない他のバルブ指
令値を前記最大値に応じて減少させて、上記値を他の上
限値を越えていないバルブに対する新しいバルブ指令値
とするように構成し、た請求項１記載の作業機械。
【請求項３】ポンプの吐出圧における固有振動数（油
柱共振点）近傍でゲインが高く、低振動数域及び高振動
数域ではゲインが低下するフィルタを使用して、ポンプ
吐出圧のセンサ信号を上記フィルタの入力信号とし、該
フィルタ出力をポンプ斜板の補償量とし、前記バルブ要
求流量演算部からのポンプ斜板指令値に上記フィルタ出
力を加算して、この加算値をポンプ斜板指令値とする請
求項１、２記載の作業機械。
【請求項４】前記各シリンダに変位を検出する変位セ
ンサ或いは各アーム連結部に角度センサを設けて、各シ
リンダの実変位を検出し、さらに同実変位から実速度を
算出して、前記バルブ要求流量演算部により得られた各
方向切換バルブに対する要求流量と各シリンダの受圧面
積から各シリンダの目標速度を算出する目標速度演算部
と、同目標速度演算部からの各シリンダの目標速度と前
記各シリンダの実速度とを入力して各シリンダ速度を目
標値に追従させる速度補償演算部とを有し、前記速度補
償演算部からの各バルブに対する補償値と前記飽和修正
演算部により得られた各バルブ指令値とをそれぞれ加算
して、この加算値を各バルブの指令値とし、前記速度補
償演算部からの各バルブに対する補償値の総和を前記ポ
ンプ斜板指令値に加算して、この加算値をポンプ斜板指
令値とする請求項１乃至３記載の作業機械。