JPH09177135A

JPH09177135A - 建設機械等の旋回制御回路

Info

Publication number: JPH09177135A
Application number: JP33637295A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tsukamoto; 浩之塚本
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 1997-07-08
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JP3027531B2

Abstract

(57)【要約】【課題】旋回操作の容易な旋回制御回路を提供するこ
とを課題としている。【解決手段】吐出量可変油圧ポンプと油タンクを連通
するメイン油路に介挿した方向切換弁と該方向切換弁に
接続された上部旋回体を駆動する油圧モータと該油圧ポ
ンプの吐出量を調節するレギュレータと該レギュレータ
を制御する電磁弁と該電磁弁を制御するコントローラか
らなる建設機械等の旋回制御回路において、旋回体に設
けられた作業機の慣性モーメントを測定する慣性モーメ
ント測定手段を具備し、慣性モーメント測定手段により
求められた慣性モーメントに基づいて電磁弁を制御する
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、建設機械等の旋
回制御回路の技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】建設機械の上部旋回体の旋回を制御する
駆動回路は従来から種々の方式が提案されている。例え
ば、特許公開公報第平６−１１７４０６号には起動時に
おける回転負荷の急激な加速を防止した駆動回路が開示
されている。また、特許公開公報第平６−１１７４０７
号、第平６−１２３３０３には油圧モータと油圧シリン
ダを並列に接続して駆動する油圧制御装置が開示されて
いる。図５に示す旋回体の制御回路は本願発明に最も近
いと思われる従来装置である。以下、図５の回路につい
て説明する。

【０００３】図５において、吐出量可変の油圧ポンプ１
と油タンク２はメイン油路３により接続されている。メ
イン油路３には方向切換弁４が介挿されている。方向切
換弁４の２次側ポートには、上部旋回体７を駆動する油
圧モータ５が油路６により接続されている。方向切換弁
４の１次側ポートの１つは油タンク８に接続され、他の
１次側ポートはチェックバルブ９を介してメイン油路３
に接続されている。また、油圧ポンプ１はエンジンなど
の動力源１０に接続されていると共に、吐出量を調節す
るレギュレータ１１に連結されている。

【０００４】レギュレータ１１は連接した２個のチャン
バーからなり、Ｈ形ピストン１２によって４つの小油室
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに分けられている。ピ
ストン１２の左端はロッド１３に連結され、ロッド１３
は油圧ポンプ１の吐出量を変化させる斜板に連結されて
いる。油圧ポンプ１はロッド１３が矢印Ｉ方向に移動し
たときに吐出量が増加し、矢印Ｄ方向に移動したときに
減少するように構成されている。また、第１油室１１ａ
にはスプリング１４が内設されており、Ｈ形ピストン１
２を右方向に押圧している。第２油室１１ｂは、油圧ポ
ンプ１の下流の油路３から分岐した分岐油路１５により
接続されている。

【０００５】分岐油路１５は油圧ポンプ１の吐出圧が高
くなった場合はＨ形ピストン１２を矢印Ｄ方向に押圧
し、吐出量を減少させる。また逆に、吐出圧が低くなる
と矢印Ｉ方向に押圧し、吐出量を増加させる。即ち、分
岐油路１５によって、吐出馬力はほぼ一定に保たれる。
さらに、第４油室１１ｄは電磁切換弁１７の２次側ポー
トに油路１６によって接続されている。第４油室１１ｄ
に圧油が供給されるとＨ形ピストン１２、ロッド１３は
矢印Ｄ方向に押圧され、吐出量または吐出馬力がその分
だけ制限されて、減少する。なお、第１油室と第３油室
は油タンク１８に接続されている。

【０００６】電磁切換弁１７の１次側ポートは各々パイ
ロット油圧ポンプ１８、油タンク１９に接続されてい
る。また、電磁切換弁１７のソレノイド１７ｓはコント
ローラ２０の制御電流出力端に接続されている。コント
ローラ２０は制御電流として「１」または「０」を出力
する。制御電流として「１」が出力されると電磁切換弁
１７はｂ状態となり、油路１６とパイロット油圧ポンプ
１８とが接続され、パイロット油圧が第４油室１１ｄに
供給され、油圧ポンプ１の吐出馬力は制限されて小馬力
となる。逆に制御電流が「０」の場合は油路１６と油タ
ンク１９が接続されるため、吐出馬力は制限されず、大
馬力となる。

【０００７】図６は油圧ポンプ１の吐出圧Ｐと吐出量Ｑ
の関係を示した図である。曲線Ａは大馬力、即ち制御電
流が「０」の場合の吐出圧と吐出量の定常状態の関係を
表し、略双曲線となる。吐出圧Ｐ１は設定圧力で、Ｐ１
以上の圧力では図示されていないリリーフ弁が開くた
め、供給油圧はＰ１以上になることはない。最初Ｓ１の
状態から出発して、Ｓ２の状態に達する。状態Ｓ２では
吐出圧Ｐ１、吐出量Ｑ１である。油圧モータ５が静止ま
たは遅い速度で回転している間は流路抵抗が大きく状態
Ｓ２にとどまり、回転速度が上昇してくると流路抵抗が
小さくなり、吐出量Ｑが増加して最大吐出量Ｑｍとな
る。一方、吐出圧Ｐは減少し、状態はＳ３の方向に移動
する。また、曲線Ｂは小馬力の場合、即ち制御電流が
「１」の場合の関係を示した図であり、大馬力の場合と
同様に動作する。

【０００８】図７は油圧モータ５の特性を示した図であ
る。以下、油圧ポンプ１の出力馬力が大馬力（図６のＡ
曲線）の場合について説明する。曲線Ｃは負荷の慣性モ
ーメントが大きい場合の特性を示す。スタート段階では
旋回駆動圧ｐは直線的にＰ１まで上昇し、旋回速度があ
る値に達するまで（時刻ｔ１まで）は慣性抵抗が大きい
ので旋回駆動圧はＰ１のままである。旋回速度ｖが上記
値を越えると（時刻ｔ１以後は）慣性抵抗が減少するの
で、旋回駆動圧ｐは徐々に減少する。一方、旋回速度は
慣性モーメントが大きいため下側の曲線ｃの様に徐々に
増大し、最大旋回速度に達する。

【０００９】曲線Ｄ、曲線ｄは負荷が小さい場合の特性
を示す。この場合は旋回駆動圧は、短時間（時刻ｔ２ま
で）Ｐ１のままであるが、直ぐに下がり始める。また、
曲線ｄが示すように、旋回速度も短時間に上昇して最大
旋回速度に達する。なお、出力馬力が小馬力（図６のＢ
曲線）の場合の油圧モータの特性は、図７のグラフで時
間軸を引き伸ばした形状の特性曲線となる。

【００１０】この旋回制御回路は上記のように構成され
ており、以下のように作動する。即ち、図示されていな
い操作レバーによって正回転側に操作されると、方向切
換弁４はａ部の油路が各ポートと接続し、油圧ポンプか
らの圧油はメイン油路３、チェックバルブ９、方向切換
弁４を通って、油圧モータ５を左側から右側へと流れ、
油路６、方向切換弁４を通って油タンク８へ流れる。こ
れにより、油圧モータ５及び上部旋回体７は正回転す
る。操作レバーを逆回転側に操作すれば、ｂ部の油路が
ポートと接続し、圧油は右側から左側へと流れ、逆回転
する。

【００１１】この場合に、コントローラ２０からの制御
電流を「０」にしておくと、油圧ポンプ１は、図６で説
明した様に大馬力を出力する。また、油圧モータの特性
は図７で説明したような特性曲線に従って動作する。制
御電流が「１」の場合は小馬力を出力する。即ち、制御
電流が「０」の場合で、作業機が図８（Ａ）のように慣
性モーメントが大きい場合は図７の曲線Ｃ、曲線ｃのよ
うな動作をし、作業機が図８（Ｂ）のように慣性モーメ
ントが小さい場合は図７の曲線Ｄ、曲線ｄのように動作
する。また、制御電流が「１」の場合はこれらの動作の
時間軸を引き伸ばしたような特性の動作をする。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
出力馬力が大きくて慣性モーメントが小さい場合は図７
のｄ曲線のように旋回速度が短時間でほぼ最大に達する
ので、例えば、作業機を９０度または１８０度旋回させ
たい場合は目標位置で停止させるためには相当の技術と
労力が必要であり、逆に小馬力にして操作すると慣性モ
ーメントが大きい場合は目標値にまで旋回させるのに時
間がかかり過ぎると云う課題があった。また、作業機の
状態を見ながら大馬力と小馬力を切り換えて操作すると
操作が複雑になると云う課題があった。本発明は自動的
に慣性モーメントの大きさを測定して、旋回操作の容易
な旋回制御回路を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の旋回制御回路は、吐出量可変油圧ポ
ンプと油タンクを連通するメイン油路に介挿した方向切
換弁と該方向切換弁に接続された上部旋回体を駆動する
油圧モータと該油圧ポンプの吐出量を調節するレギュレ
ータと該レギュレータを制御する電磁弁と該電磁弁を制
御するコントローラからなる建設機械等の旋回制御回路
において、上部旋回体に設けられた作業機の慣性モーメ
ントを測定する慣性モーメント測定手段を具備し、慣性
モーメント測定手段により求められた慣性モーメントに
基づいて電磁弁を制御することを特徴としている。本装
置は、慣性モーメント測定手段により作業機の現在の慣
性モーメントを測定し、電磁弁を制御し、レギュレータ
への油圧を調整し、それによって油圧ポンプの出力馬力
を制限し、油圧モータの旋回速度を制御する。

【００１４】また、請求項２に記載の旋回制御回路は、
請求項１の回路の慣性モメント測定手段を上部旋回体に
設けられた作業機の干渉防止回路の角度センサーからの
データと該作業機に関する所定のデータから慣性モーメ
ントを算出する演算手段からなり、電磁弁は比例式電磁
減圧弁からなることを特徴としている。本装置は、慣性
モーメントの測定手段を作業機の干渉防止回路に使用さ
れているセンサーを兼用して利用し、新たなセンサーを
設けない。また、電磁弁は比例式電磁減圧弁を使用し、
制御の線形化を図っている。

【００１５】請求項３に記載の旋回制御回路は、吐出量
可変油圧ポンプと油タンクを連通するメイン油路に介挿
した方向切換弁と該方向切換弁に接続された上部旋回体
を駆動する油圧モータと該油圧ポンプの吐出量を調節す
るレギュレータと該レギュレータを制御する電磁弁と該
電磁弁を制御するコントローラからなる建設機械等の旋
回制御回路において、上部旋回体の位置又は旋回速度を
検出する旋回速度センサーを設け、該旋回速度センサー
からの出力に応じて前記電磁弁を制御することを特徴と
している。本装置は、上部旋回体の旋回速度等を検出
し、検出データに基づき電磁弁のソレノイドを制御し、
レギュレータへの油圧を調節し、油圧ポンプの吐出馬力
を制御している。それによって、上部旋回体の速度制御
を行っている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。実施形態１図１は本願発明の実施形態１の構成を示す。図１におい
て従来例（図５〜図８）で説明したと同じ構成部分につ
いては同一の引用番号を付して詳細な説明は省略する。
図１において、上部旋回体７に設けられた作業機３０に
はブーム角度センサー３５、オフセット角度センサー３
４、アーム角度センサー３３が取付けられている。これ
らのセンサー３３〜３５の測定データは、コントローラ
３２に取り込まれる。コントローラ３２はこれらのデー
タから比例電磁弁３１に流すべき制御電流を決定し、ソ
レノイド電流として出力する。なお、センサー３３〜３
５の測定データは作業機の干渉防止のために用いられて
いるデータを利用してもよい。

【００１７】図２にコントローラ３２の構成を示す。コ
ントローラ３２はＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭメモ
リ、ＲＯＭのメモリ等からなっている。図２において、
角度センサー３３〜３５で検出されたデータはＡ／Ｄコ
ンバータ３６〜３８を介してメモリ３９に記録される。
また、メモリ４０には作業機のブームやアーム等の長さ
データ、重心位置データ、質量データ等が記録されてい
る。演算部４１はメモリ３９、４０に記録されているデ
ータから上部旋回体７と作業機３０の慣性モーメント値
またはそれと関連する値を求める。この値を求める方法
の例を以下の実施例１、２で説明する。なお、コントロ
ーラ３２の演算はタイムシアリングでサイクル毎に行っ
てもよいし、オペレータが旋回操作レバーを握ったとき
に演算開始するようにしてもよい。

【００１８】

【実施例１】上部旋回体７の慣性モーメントは不変であ
るから、予め求めておく。この値をＪｕとする。ブーム
角度Ｓ１、オフセット角度Ｓ２、アーム角度Ｓ３とすれ
ば、ブーム、オフセットアーム、アームの各々の長さ、
重心位置、質量がメモリ４０に記録され、既知であるか
ら、これらのデータから作業機の慣性モーメントＪｓが
計算により求められる。ＪｕとＪｓの和（又は合成ベク
トル）が求める慣性モーメントＪｔを与える。

【００１９】

【実施例２】求める慣性モーメントＪｔをブーム角度Ｓ
１、オフセット角度Ｓ２、アーム角度Ｓ３の関数Ｊ（Ｓ
１，Ｓ２，Ｓ３）と考え、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の各値に対
してＪｔを実験又は計算により予めＪｔの３次元テーブ
ルを作成しておく。与えられたデータＳ１、Ｓ２、Ｓ３
に対してテーブルからＪｔを求める。

【００２０】次に、制御信号発生部４２は、演算部４１
で求められたデータに基づいて、Ｊｔに逆比例した大き
さの制御信号を発生し、ドライバー４３に出力する。ド
ライバー４３の出力電流は比例電磁弁３１のソレノイド
に流れ、ソレノイド電流に比例した圧油がパイロットポ
ンプ１８から油路１６に流れる。この圧油は、従来例で
説明したようにレギュレータ１１を作動し、油圧ポンプ
１の出力馬力を制御する。

【００２１】実施形態１は、上記のように構成されてい
るので以下のように作動する。例えば、オペレータが旋
回操作レバーを握ると演算開始信号がコントローラ３２
に送られ、コントローラ３２は、現在の角度データＳ
１、Ｓ２、Ｓ３をメモリ３９から読み出して、慣性モー
メントを演算し、そのモーメント値に応じた制御信号を
発生する。この制御信号はドライバ４３を介して比例電
磁弁３１に送られる。

【００２２】慣性モーメントが大きいときは油路１６に
流れる油圧は小さくなる。逆に、慣性モーメントが小さ
いときは油圧は大きくなる。従って、求められた慣性モ
ーメントが小さいほどＨ形ピストン１２は左方向に押圧
され、油圧ポンプ１の吐出馬力は小さくなる。その結
果、旋回体７が最高旋回速度に達するまで多くの時間が
かかり、操作が容易となる。実施形態１における油圧モ
ータの特性の１例を図５の曲線Ｅ、曲線ｅで示す。

【００２３】以上説明したように、実施形態１は作業機
の慣性モーメントの大小にかかわらず、操作が容易であ
るという効果がある。また、作業機の干渉防止回路に使
用されている角度検出センサーのデータを利用すること
もでき、特別の装置を設けることを必要としない。

【００２４】実施形態２図３は本願発明の実施形態２の構成を示す。図３におい
て従来例（図５〜図８）及び実施形態１で説明したと同
じ構成部分については同一の引用番号を付して詳細な説
明は省略する。図３において、旋回体７の近く適宜の位
置に設けられた速度センサー４５のデータがコントロー
ラ４６に取り込まれる。コントローラ４６は比例式電磁
弁３１に制御電流を出力する。

【００２５】図４はコントローラ４６の構成を示す。図
４において、速度センサ４５からの測定データはＡ／Ｄ
コンバータ４７を介してメモリ４８に記録される。一
方、メモリ４９には、上部旋回体の好ましい旋回速度が
目標値として記録されている。この目標旋回速度は一定
値であっても、時間的に変化する値であってもよい。演
算器５０はメモリ４９のデータ値からメモリ４８のデー
タ値の引算して偏差値を算出し、制御信号発生部５１に
出力する。制御信号発生部５１は、現在信号電流値から
偏差値に比例した微少電流分を減少させて、新信号電流
値としてドライバ５２に出力する。ドライバ５２は新信
号電流を比例式電磁弁３１のソレノイドに出力する。

【００２６】実施形態２は上記のように構成されている
ので以下のように作動する。即ち、速度センサ４５から
速度データがコントローラ４６に送られてくると、コン
トローラ４６は実速度データと目標速度データとを比較
し、実速度データが小さい場合（偏差が負の場合）は信
号電流を小さくし、実速度データが大きい場合（偏差が
正の場合）は信号電流を大きくして信号電流を比例電磁
弁３１に出力する。比例式電磁弁３１は信号電流に比例
して油路１６に供給する油圧を増減する。

【００２７】偏差が負の場合は第４油室の圧油は降下
し、Ｈ形ピストンはＩ方向に移動し、油圧ポンプ１の出
力馬力は増加する。従って、上部旋回体７の旋回速度は
増大する。また、偏差が正の場合は出力馬力は減少し、
旋回速度は減少する。以上の動作により、上部旋回体７
の旋回速度はメモリ４９に記録されている目標旋回速度
に一致する。

【００２８】目標旋回速度を適当な値（または時間的に
変化する関数値）に定めておけば、作業機の慣性モーメ
ントの大きさに無関係に所定の旋回速度が得られるので
旋回操作が容易になると云う効果がある。

【００２９】以上この発明の実施形態および実施例を図
面により詳細に説明してきたが、具体的な構成は以上の
説明又は例示されたものに限られるものではなく、この
発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があってもこ
の発明に含まれる。例えば、電磁弁３１は比例式電磁弁
に限るものではなく、逆比例式電磁弁を使用することも
できる。勿論この場合は制御信号発生部の動作が異な
る。また、慣性モーメントはその値を直接求めることは
必要でなく、これに関連した値を求めて制御することも
可能である。さらに、慣性モーメント及びこれに関連し
た値の算出方法は実施例に説明した方法に限られない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
作業機の状態如何に拘わらず旋回操作が容易になるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施形態１の構成を示した図であ
る。

【図２】実施形態１のコントローラのブロック図であ
る。

【図３】本願発明の実施形態２の構成を示した図であ
る。

【図４】実施形態２のコントローラのブロック図であ
る。

【図５】従来装置の構成を示した図である。

【図６】油圧ポンプの出力馬力を示した図である。

【図７】油圧モータの特性を示した図である。

【図８】（Ａ）は作業機の慣性モーメントが大きい場
合を示し、（Ｂ）は慣性モーメントが小さい場合を示し
た図である。

【符号の説明】

１油圧ポンプ２油タンク３メイン油路４方向切換弁５油圧モータ７上部旋回体１０原動機１１レギュレータ３０作業機３１比例式電磁減圧弁（電磁弁）３２、４６コントローラ３３アーム角度センサ３４オフセット角度センサ３５ブーム角度センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吐出量可変油圧ポンプと油タンクを連通
するメイン油路に介挿した方向切換弁と該方向切換弁に
接続された上部旋回体を駆動する油圧モータと該油圧ポ
ンプの吐出量を調節するレギュレータと該レギュレータ
を制御する電磁弁と該電磁弁を制御するコントローラか
らなる建設機械等の旋回制御回路において、前記上部旋
回体に設けられた作業機の慣性モーメントを測定する慣
性モーメント測定手段を具備し、該慣性モーメント測定
手段により求められた慣性モーメントに基づいて前記電
磁弁を制御することを特徴とする建設機械等の旋回制御
回路。
【請求項２】前記慣性モメント測定手段は、前記上部
旋回体に設けられた作業機の干渉防止回路の角度センサ
ーからのデータと該作業機に関する所定のデータから慣
性モーメントを算出する演算手段からなり、前記電磁弁
は比例式電磁減圧弁からなることを特徴とする建設機械
等の旋回制御回路。
【請求項３】吐出量可変油圧ポンプと油タンクを連通
するメイン油路に介挿した方向切換弁と該方向切換弁に
接続された上部旋回体を駆動する油圧モータと該油圧ポ
ンプの吐出量を調節するレギュレータと該レギュレータ
を制御する電磁弁と該電磁弁を制御するコントローラか
らなる建設機械等の旋回制御回路において、前記上部旋
回体の位置又は旋回速度を検出する旋回速度センサーを
設け、該旋回速度センサーからの出力に応じて前記電磁
弁を制御することを特徴とする建設機械等の旋回制御回
路。