JPH11131531A - 旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成により、旋回体の慣性力に適合し
た最適な旋回力制御を達成することができると共に、低
コストに製造することができ、しかも信頼性に優れた旋
回制御装置を提供する。 【解決手段】 旋回体の旋回動作により、この旋回体に
対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変
化に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構
成してなる旋回制御装置において、前記旋回体に対し伸
縮変位ないし上下変位する作動部材のリンク部に偏心カ
ム４４Ａ、４４Ｂを取付け、この偏心カムにパイロット
圧力制御弁４６Ａ、４６Ｂの制御部材を当接配置し、前
記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際しパイロット
圧力制御弁を開弁してパイロットポンプ４８より吐出さ
れるパイロット圧力信号を供給すると共に、前記作動部
材の慣性力が小さくなる変位に際しパイロット圧力制御
弁を遮断してパイロット圧力信号の供給を停止させるよ
うに構成した可変式リリーフ弁５２を、前記旋回体の旋
回力を制御する油圧モータ５０の油圧駆動制御回路に設
ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、油圧ショベル等の
建設機械における旋回制御装置に係り、特にブーム、ア
ームの姿勢により旋回体の慣性モーメントが変化した場
合に、前記旋回体の旋回力がその条件に対して最適とな
るよう簡便に制御することができる旋回制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、油圧ショベルの油圧アクチュエ
ータとしては、油圧シリンダおよび油圧モータが知られ
ている。本発明は、前記いずれのアクチュエータに対し
ても適用することができるものであり、ここでは最も代
表的な旋回モータを対象として説明する。

【０００３】しかるに、前記油圧ショベルは、作業機の
姿勢やバケットの負荷状態によって、上部旋回体の旋回
ブレーキ角が変化するため、予め旋回停止位置を予測し
て旋回停止指示を開始する、すなわち旋回レバーを中立
位置に戻す必要があり、バケットに掬い込む土砂の量に
よって、オペレータは旋回停止指示の開始を行うことか
ら、操作が難しく熟練を要し、長時間の作業では疲労が
大きくなる。また、未熟練のオペレータでは、その操作
が難しく、旋回停止開始の指示が遅いと、旋回停止位置
を越えて上部旋回体がダンプトラック等に衝突すること
になり、安全上問題となっている。

【０００４】このような観点から、従来において、油圧
ショベル等の油圧モータで駆動される旋回体の旋回停止
制御の油圧回路として、特に作業機の姿勢およびバケッ
トの負荷状態に起因する上部旋回体の慣性モーメントの
変化に影響されずに、未熟練者でも所定の位置に停止可
能とした油圧ショベルの油圧回路が提案されている（特
開平９−１３４２９号公報）。

【０００５】前記提案に係る油圧ショベルの油圧回路
は、上部旋回体に取着するブーム、アーム、バケットか
らなる作業機と、油圧ポンプから吐出する圧油の方向を
制御する旋回用方向制御弁と、この旋回用方向制御弁の
下流側管路から分岐する管路にリリーフ弁を備えた油圧
ショベルの油圧回路とからなり、前記ブームを駆動する
ブームシリンダのボトム側管路に発生する保持圧を検知
する検知手段と、この検知手段からの信号に応じて前記
リリーフ弁に指令信号を出力して設定圧を可変とする制
御装置とを設けた構成からなる。

【０００６】すなわち、この従来技術においては、油圧
ショベルの各シリンダ、特にブームシリンダの伸縮状態
やバケットの負荷状態に起因する上部旋回体の慣性モー
メントの変化によって、旋回停止時のフィーリングが変
化する（特に、慣性が小さい場合にショックを生じる）
のを改善する方法として、ブームシリンダの負荷圧を利
用して、旋回モータ（アクチュエータ）に取付けたリリ
ーフ弁の設定圧力を可変とする方法が示されている。

【０００７】しかし、前述した従来技術における油圧シ
ョベルの油圧回路においては、油圧ショベルの慣性モー
メントの変化による上部旋回体の減速時の操作性向上
を、旋回の起動・制動を制御するリリーフ弁の設定圧を
調整して行っているが、この場合には、リリーフ弁の構
造が比較的複雑になり、かつその作動圧力が実用上２０
０ｋｇｆ／ｃｍ2 程度以上であるために、微調整が困難
である。この結果、今後の建設機械の都市土木化に伴っ
て、要求されつつある油圧ショベルの微操作性や複合操
作性を、さらに向上させるには限界がある。

【０００８】このような観点から、本出願人は、旋回ア
クチュエータを制御するための切換弁のスプールが、ア
クチュエータ操作後に中立位置へ復帰する過程で、その
復帰速度を上部旋回体の慣性モーメントの変化に対応し
て調整することにより、前述した問題点を克服し、従来
方法に比較して大幅な旋回体停止時のフィーリング向上
を図ることのできる油圧ショベルの油圧駆動装置を開発
し、特許出願を行った（特願平９−１２８２７２号）。

【０００９】すなわち、前記特許出願に係る油圧駆動装
置は、油圧ショベルのアーム、ブーム、バケット、旋
回、走行、その他の構造部を、各構造部に取付けた油圧
アクチュエータで駆動し、これら各油圧アクチュエータ
へは、各切換弁を設けて油圧ポンプの圧油を供給すると
共に、油圧アクチュエータからの戻り油をタンクへ排出
するよう構成し、前記切換弁の操作をパイロットバルブ
からの油圧パイロット圧力にて制御するように構成した
油圧ショベルの油圧駆動装置において、少なくとも１つ
のアクチュエータのパイロットバルブと切換弁の油圧操
作部の間のパイロット油路中に流量・圧力調整手段を設
けると共に、前記流量・圧力調整手段の開度を外部信号
により調整する制御手段を設けた構成からなるものであ
る。

【００１０】前記油圧駆動装置の具体的構成としては、
図４に示すように、パワーショベルのアーム１０とブー
ム１２のリンク部およびブーム１２と旋回体１４とのリ
ンク部に、それぞれアーム１０またはブーム１２の回転
角度を検出するための角度センサ１６、１８を取付け、
前記各角度センサ１６、１８により検出される角度検出
信号をコントローラ２０により演算処理し、現在のパワ
ーショベルにおけるフロントアタッチメントの姿勢に対
し最適となるような旋回力が得られるような指令信号と
し、この指令信号を油圧アクチュエータとしての油圧モ
ータ２２に装着された比例電磁式圧力制御弁２４に付与
して、リリーフ圧力を制御するように構成したものであ
る。なお、参照符号２６は旋回体１４の旋回力制御を行
う油圧モータ２２の駆動制御用方向切換弁を示す。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の油圧ショベルの油圧駆動装置における旋回力制
御機構においては、機械本体がコントローラを搭載して
いることが不可欠であり、また回転角度を検出するため
の角度センサや比例電磁式圧力制御弁を必要とするた
め、製造に多くの制約を受けると共に、製造コストが増
大する難点がある。

【００１２】そこで、本発明者は、鋭意研究を重ねた結
果、旋回体の旋回動作により、この旋回体に対し伸縮変
位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変化に対応し
て、前記旋回体の旋回力を制御するように構成する場合
において、前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位す
る作動部材のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カ
ムの外径部にパイロット圧力制御弁の制御部材を当接配
置し、前記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際して
はパイロット圧力制御弁を開弁してパイロットポンプよ
り吐出されるパイロット圧力信号を供給すると共に、前
記作動部材の慣性力が小さくなる変位に際してはパイロ
ット圧力制御弁を遮断してパイロット圧力信号の供給を
停止させるように構成した可変式リリーフ弁を、前記旋
回体の旋回力を制御する油圧モータの油圧駆動制御回路
に設けることによって、前記可変式リリーフ弁の設定圧
力が前記作動部材の姿勢から決定される旋回体の慣性力
を制御するのに適切な圧力になるよう制御することがで
きることを突き止めた。

【００１３】従って、本発明の目的は、簡単な構成によ
り、旋回体の慣性力に適合した最適な旋回力制御を達成
することができると共に、低コストに製造することがで
き、しかも信頼性に優れた旋回制御装置を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る旋回制御装置は、旋回体の旋回動作に
より、この旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作
動部材の慣性力の変化に対応して、前記旋回体の旋回力
を制御するように構成してなる旋回制御装置において、
前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材
のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カムにパイロ
ット圧力制御弁の制御部材を当接配置し、前記作動部材
の慣性力が大きくなる変位に際しパイロット圧力制御弁
を開弁してパイロットポンプより吐出されるパイロット
圧力信号を供給すると共に、前記作動部材の慣性力が小
さくなる変位に際しパイロット圧力制御弁を遮断してパ
イロット圧力信号の供給を停止させるように構成した可
変式リリーフ弁を、前記旋回体の旋回力を制御する油圧
モータの油圧駆動制御回路に設けることを特徴とする。

【００１５】この場合、前記旋回体は、アームとブーム
とを旋回可能に支持する油圧ショベルの旋回体からな
り、アームとブームのリンク部と、ブームと旋回体との
リンク部とに、それぞれ偏心カムを取付け、これら偏心
カムの外径部に対してパイロット圧力制御弁を制御する
制御用ロッドをばねを介して弾力的に当接配置し、前記
アームが伸長変位ないしブームが下げ方向変位した場合
に、パイロット圧力制御弁を開弁してパイロットポンプ
より吐出されるパイロット圧力信号を出力するように構
成すると共に、前記アームが縮小変位ないしブームが上
げ方向変位した場合に、パイロット圧力制御弁を遮断し
てパイロットポンプより吐出されるパイロット圧力信号
をタンク側へ排出するように構成することができる。

【００１６】また、前記可変式リリーフ弁は、旋回体の
旋回力を発生する高圧室側とタンク側に連通する低圧室
側とを相互に連通遮断するポペットを備え、このポペッ
トを囲繞するスリーブ内にポペット背室を形成すると共
に、このポペット背室内にばねを介してピストンを挿通
配置し、さらにこのピストンに対し偏心カムによってそ
れぞれ制御されるパイロット圧力制御弁を介してパイロ
ットポンプからのパイロット圧力信号によって操作され
る操作用ロッドを設けた構成とすることができる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明に係る旋回制御装置の実施例に
つき、油圧ショベルの油圧駆動装置を例示して、以下詳
細に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る旋回制御装置を実施
する油圧ショベルの油圧駆動装置の概略構成図である。
すなわち、図１において、参照符号３０はアーム、３２
はブームを示し、アーム３０の先端部にはバケット３４
がバケットシリンダ３６を介して屈伸変位可能に取付け
られ、また前記アーム３０はブーム３２に対してアーム
シリンダ３８を介して伸縮変位可能に取付けられ、そし
て前記ブーム３２は旋回体４０に対しブームシリンダ４
２を介して上下変位可能に取付けられている。

【００１９】しかるに、本実施例において、前記アーム
３０とブーム３２とがリンクするアーム３０の構造物側
には、第１の偏心カム４４Ａが前記リンク部の中心に対
して偏心するように取付けられると共に、前記第１の偏
心カム４４Ａの外径部に対向してブーム３２の構造物側
に第１のパイロット圧力制御弁４６Ａの制御用ロッド４
５ａの先端部がばね４５ｂを介して弾力的に当接するよ
うに構成配置されている。

【００２０】また、前記ブーム３２と旋回体４０とがリ
ンクするブーム３２の構造物側には、第２の偏心カム４
４Ｂが前記リンク部の中心に対して偏心するように取付
けられると共に、前記第２の偏心カム４４Ｂの外径部に
対向して旋回体４０の構造物側に第２のパイロット圧力
制御弁４６Ｂの制御用ロッド４５ａの先端部がばね４５
ｂを介して弾力的に当接するように構成配置されてい
る。

【００２１】前記第１の偏心カム４４Ａは、アーム３０
を伸長方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が
大きくなる方向においては、前記偏心カム４４Ａは前記
パイロット圧力制御弁４６Ａの制御用ロッド４５ａをば
ね４５ｂの弾力に抗して押圧（図１において左方へ）移
動させる。これに対し、アーム３０を縮小方向に操作し
た場合、すなわち旋回体の慣性力が小さくなる方向にお
いては、前記偏心カム４４Ａは前記パイロット圧力制御
弁４６Ａの制御用ロッド４５ａを引き出すように（図１
において右方へ）移動させる。

【００２２】また、前記第２の偏心カム４４Ｂは、ブー
ム３２を下げ方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣
性力が大きくなる方向においては、前記偏心カム４４Ｂ
は前記パイロット圧力制御弁４６Ｂの制御用ロッド４５
ａをばね４５ｂの弾力に抗して押圧（図１において左方
へ）移動させる。これに対し、ブーム３３を上げ方向に
操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が小さくなる方
向においては、前記偏心カム４４Ｂは前記パイロット圧
力制御弁４６Ｂの制御用ロッド４５ａを引き出すように
（図１において右方へ）移動させる。

【００２３】そこで、本実施例において、前記油圧ショ
ベルの油圧駆動装置における旋回制御装置の基本構成
は、図２に示すように、前記各パイロット圧力制御弁４
６Ａ、４６Ｂにより得られるパイロットポンプ４８から
のパイロット圧力信号を、油圧アクチュエータとしての
油圧モータ５０に装着された可変式リリーフ弁５２に付
与して、リリーフ圧力を制御するように構成する。な
お、図２において、参照符号７０は旋回体４０の旋回力
ないし慣性力を制御する油圧モータ５０の駆動制御用方
向切換弁を示す。

【００２４】しかるに、前記可変式リリーフ弁５２は、
例えば図３に示すように構成される。すなわち、図３に
おいて、可変式リリーフ弁５２は、油圧モータ５０によ
り旋回体制御用方向切換弁７０に対し旋回体４０の旋回
力を発生する高圧室側と、タンク側に連通する低圧室側
とを、相互に連通遮断するためのポペット５４を備え、
このポペット５４をスリーブ５６で囲繞してポペット背
室５８を形成し、このポペット背室５８内にばね６０を
介してピストン６２を摺動自在に挿通配置する。さら
に、前記ピストン６２に対し一対の操作用ロッド６４
Ａ、６４Ｂの各一端を当接すると共に、前記操作用ロッ
ド６４Ａ、６４Ｂの各他端を、それぞれパイロット圧力
信号を供給するための第１のパイロットポート６６Ａお
よび第２のパイロットポート６６Ｂに臨ませる。従っ
て、このように構成される可変式リリーフ弁５２は、高
圧室側の圧力が上昇した際に、ポペット５４はその背室
５８側においてばね６０の弾力を受け、この弾力と平衡
する位置までポペット５４が後退して開弁動作する差動
式直動形リリーフ弁として構成される。

【００２５】そこで、本実施例においては、前記アーム
３０を伸長方向に操作した場合またはブーム３２を下げ
方向に操作した場合、すなわち旋回体の慣性力が大きく
なる方向においては、各偏心カム４４Ａ、４４Ｂがパイ
ロット圧力制御弁４６Ａ、４６Ｂのそれぞれ制御用ロッ
ド４５ａを左方へ押圧移動させることにより、前記パイ
ロット圧力制御弁４６Ａ、４６Ｂは、開弁して、パイロ
ットポンプ４８からリリーフ弁４９で設定された圧力
が、可変式リリーフ弁５２のパイロットポート６６Ａま
たは６６Ｂへ供給される。これにより、可変式リリーフ
弁５２の操作用ロッド６４Ａまたは６４Ｂは、ポペット
背室５８内のばね６０を、そのばね弾力が平衡する位置
迄ピストン６２を介して移動させ、可変式リリーフ弁５
２の設定圧力がアーム３０および／またはブーム３２の
姿勢から決定される旋回体４０の慣性力を制御するのに
適切な圧力になるよう制御することができる。

【００２６】これに対し、前記アーム３０を縮小方向に
操作した場合またはブーム３２を上げ方向に操作した場
合、すなわち旋回体の慣性力が小さくなる方向において
は、各偏心カム４４Ａ、４４Ｂがパイロット圧力制御弁
４６Ａ、４６Ｂのそれぞれ制御用ロッド４５ａを右方へ
引き出すことにより、前記パイロット圧力制御弁４６
Ａ、４６Ｂは、パイロットポンプ４８からの供給通路を
遮断し、可変式リリーフ弁５２のパイロットポート６６
Ａまたは６６Ｂはパイロットポンプ４８からの圧力の供
給が停止され、タンク圧となる。これにより、可変式リ
リーフ弁５２は、ポペット背室５８内のばね６０の弾力
のみにより設定される圧力によって、旋回体４０の慣性
力を制御することができる。

【００２７】また、前記２操作の間においてポペット５
４が変位する位置では、可変式リリーフ弁５２のパイロ
ットポート６６Ａまたは６６Ｂに供給される圧力は、パ
イロットポンプ４８のリリーフ弁４９で設定される最高
圧力からタンク圧迄の間の圧力となる。

【００２８】前記構成からなる本発明に係る旋回制御装
置によれば、前述したような制御動作によって、特に小
旋回機等における小旋回姿勢で発生する旋回ハンチング
や、アタッチメントを伸長した場合（旋回慣性力が大き
い場合）における旋回力不足等、の問題を容易に解決す
ることができる。すなわち、本発明においては、例えば
偏心カムの外径形状を適切に設定することにより、旋回
体の慣性力に適合した最適な旋回力制御を達成すること
ができる。

【００２９】以上、本発明の好適な実施例について説明
したが、本発明は前記実施例に限定されることなく、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において多くの設計変更
が可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る旋回
制御装置は、旋回体の旋回動作により、この旋回体に対
し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変化
に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構成
してなる旋回制御装置において、前記旋回体に対し伸縮
変位ないし上下変位する作動部材のリンク部に偏心カム
を取付け、この偏心カムにパイロット圧力制御弁の制御
部材を当接配置し、前記作動部材の慣性力が大きくなる
変位に際しパイロット圧力制御弁を開弁してパイロット
ポンプより吐出されるパイロット圧力信号を供給すると
共に、前記作動部材の慣性力が小さくなる変位に際しパ
イロット圧力制御弁を遮断してパイロット圧力信号の供
給を停止させるように構成した可変式リリーフ弁を、前
記旋回体の旋回力を制御する油圧モータの油圧駆動制御
回路に設けた構成とすることにより、旋回ハンチングや
旋回力不足等を解消することができると共に、簡単な構
成部品により低コストに製造することができ、しかも外
気温、振動ノイズ等の影響を受け易い電気信号を使用し
ないため、きわめて信頼性の高い旋回制御装置を得るこ
とができる等、多くの優れた利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る旋回制御装置の実施例を示す油圧
ショベルの油圧駆動装置の概略構成図である。

【図２】図１に示す旋回制御装置の油圧駆動制御回路図
である。

【図３】図２に示す旋回制御装置における可変式リリー
フ弁の概略構成図である。

【図４】従来の旋回制御装置の構成例を示す油圧ショベ
ルの油圧駆動制御回路図である。

【符号の説明】

３０ アーム ３２ ブーム ３４ バケット ３６ バケットシリンダ ３８ アームシリンダ ４０ 旋回体 ４２ ブームシリンダ ４４Ａ 第１の偏心カム ４４Ｂ 第２の偏心カム ４５ａ 制御用ロッド ４５ｂ ばね ４６Ａ 第１のパイロット圧力制御弁 ４６Ｂ 第２のパイロット圧力制御弁 ４８ パイロットポンプ ４９ リリーフ弁 ５０ 油圧モータ ５２ 可変式リリーフ弁 ５４ ポペット ５６ スリーブ ５８ ポペット背室 ６０ ばね ６２ ピストン ６４Ａ、６４Ｂ 操作用ロッド ６６Ａ 第１のパイロットポート ６６Ｂ 第２のパイロットポート ７０ 駆動制御用方向切換弁

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回体の旋回動作により、この旋回体に
   対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材の慣性力の変
   化に対応して、前記旋回体の旋回力を制御するように構
   成してなる旋回制御装置において、 前記旋回体に対し伸縮変位ないし上下変位する作動部材
   のリンク部に偏心カムを取付け、この偏心カムにパイロ
   ット圧力制御弁の制御部材を当接配置し、 前記作動部材の慣性力が大きくなる変位に際しパイロッ
   ト圧力制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出され
   るパイロット圧力信号を供給すると共に、前記作動部材
   の慣性力が小さくなる変位に際しパイロット圧力制御弁
   を遮断してパイロット圧力信号の供給を停止させるよう
   に構成した可変式リリーフ弁を、前記旋回体の旋回力を
   制御する油圧モータの油圧駆動制御回路に設けることを
   特徴とする旋回制御装置。
2. 【請求項２】 旋回体は、アームとブームとを旋回可能
   に支持する油圧ショベルの旋回体からなり、アームとブ
   ームのリンク部と、ブームと旋回体とのリンク部とに、
   それぞれ偏心カムを取付け、これら偏心カムの外径部に
   対してパイロット圧力制御弁を制御する制御用ロッドを
   ばねを介して弾力的に当接配置し、前記アームが伸長変
   位ないしブームが下げ方向変位した場合に、パイロット
   圧力制御弁を開弁してパイロットポンプより吐出される
   パイロット圧力信号を出力するように構成すると共に、
   前記アームが縮小変位ないしブームが上げ方向変位した
   場合に、パイロット圧力制御弁を遮断してパイロットポ
   ンプより吐出されるパイロット圧力信号をタンク側へ排
   出するように構成してなる請求項１記載の旋回制御装
   置。
3. 【請求項３】 可変式リリーフ弁は、旋回体の旋回力を
   発生する高圧室側とタンク側に連通する低圧室側とを相
   互に連通遮断するポペットを備え、このポペットを囲繞
   するスリーブ内にポペット背室を形成すると共に、この
   ポペット背室内にばねを介してピストンを挿通配置し、
   さらにこのピストンに対し偏心カムによってそれぞれ制
   御されるパイロット圧力制御弁を介してパイロットポン
   プからのパイロット圧力信号によって操作される操作用
   ロッドを設けてなる請求項１または２記載の旋回制御装
   置。