JPH1113702A - 油圧作業機械の振動抑制方法および同装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常操作時の良好な応答性を確保しながら、
急操作時の振動を確実に抑制する。 【解決手段】 旋回モータ制御用コントロールバルブ３
のパイロットライン５ａ，５ｂに可変絞り６，６を設
け、リモコン弁４の操作によるパイロット圧力Ｐｐを圧
力センサ９，９で検出し、このパイロット圧力Ｐｐを用
いて、コントローラ７の圧力変動速度演算部１０で操作
速度に対応するパイロット圧力変動速度を演算し、さら
にこの圧力変動速度に基づき開度指令値演算部１１で開
度指令値を求め、開度指令部１２から可変絞り６，６に
開度指令信号を出力して絞り開度を制御することによ
り、急操作時のモータ駆動圧力の変動を抑えて振動を抑
制する方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は油圧式クレーンや油
圧ショベル等の油圧作業機械において、急操作による振
動を抑制する振動抑制方法および同装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】油圧アクチュエータによって駆動される
油圧作業機械において、油圧アクチュエータが急操作さ
れると、アクチュエータ駆動回路に発生する圧力（アク
チュエータ駆動圧力）が急変してショックが発生し、こ
れが機械本体に伝わって同本体が振動する。

【０００３】従来、このような機械の振動を抑制する方
法として、アクチュエータに対する圧油の給排を制御す
る油圧パイロット切換式コントロールバルブと、このコ
ントロールバルブを操作するリモコン弁とを結ぶパイロ
ットラインに絞りを設け、この絞りによりコントロール
バルブの作動に遅れを持たせてアクチュエータ駆動圧力
の急変を防止し、振動を抑制する技術が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この公知技
術によると、リモコン弁の操作に対して常にアクチュエ
ータの動きに遅れが生じ、応答性が悪くなるため、急操
作でない通常操作時の操作性が悪化するという弊害が生
じる。

【０００５】一方、特開平５−１５７１０１号公報に示
されているように、パイロットラインの絞りを可変とす
るとともに、負荷圧（アクチュエータ駆動圧力）を検出
し、このアクチュエータ駆動圧力に応じて可変絞りの開
度を、高圧側で小さくなるように制御する技術が提案さ
れている。

【０００６】この技術によると、急操作によってアクチ
ュエータ駆動圧力が急変すると、可変絞りの開度が小さ
くなって遅延機能が働き、通常操作時には開度が大きく
なって遅延機能がキャンセルされるため、上記した弊害
は生じない。

【０００７】しかし、このようにアクチュエータ駆動圧
力を検出して絞り開度を制御する公知技術によると、ア
クチュエータ駆動圧力が実際に高くなった後に制御が開
始されて遅延機能が働くため、急操作に対する振動抑制
効果は低いものとなる。

【０００８】そこで本発明は、通常操作時の良好な応答
性を確保しながら、急操作時の振動を確実に抑制するこ
とができる油圧作業機械の振動抑制方法および同装置を
提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明（振動抑
制方法）は、油圧アクチュエータと、この油圧アクチュ
エータに対する圧油の給排を制御するコントロールバル
ブと、このコントロールバルブを操作する操作手段とを
備えた油圧作業機械において、上記操作手段の操作速度
を求め、この操作速度に応じてアクチュエータ駆動圧力
を高速度側で低くなるように制御するものである。

【００１０】請求項２の発明（振動抑制装置）は、(i)
油圧アクチュエータと、(ii) この油圧アクチュエー
タに対する圧油の給排を制御するコントロールバルブ
と、(iii) このコントロールバルブを操作する操作手
段と、(iv) 上記操作手段の操作速度を検出し、検出さ
れた操作速度に応じてアクチュエータ駆動圧力を高速度
側で低くなるように制御する駆動圧力制御手段を具備す
るものである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２の構成におい
て、コントロールバルブとして油圧パイロット切換式の
弁、操作手段としてこのコントロールバルブにパイロッ
トラインを通じてパイロット圧力を供給するリモコン弁
がそれぞれ用いられ、駆動圧力制御手段は、 上記パイロットラインに設けられた可変絞りと、 上記パイロット圧力を検出するパイロット圧力検出
手段と、 検出されたパイロット圧力の変動速度を演算する圧
力変動速度演算手段と、 上記圧力変動速度演算手
段によって求められた圧力変動速度に応じて上記可変絞
りの開度が高速度側で小さくなるように可変絞りに対し
て開度指令を出力する絞り開度指令手段によって構成さ
れたものである。

【００１２】請求項４の発明は、請求項３の構成におい
て、駆動圧力制御手段における可変絞りに代えて、アク
チュエータ駆動回路に同回路の圧力を制御する圧力制御
弁が設けられ、絞り開度指令手段に代えて、圧力変動速
度に応じて上記圧力制御弁の設定圧力が高速度側で低く
なるように圧力制御弁に対して圧力指令を出力する圧力
指令手段を備えたものである。

【００１３】請求項５の発明は、請求項２乃至４のいず
れかの構成において、駆動圧力制御手段が、（ａ）操作
手段の操作加速度を求め、（ｂ）この操作加速度が一定
値以下のときに一次遅れをもって駆動圧力制御信号を出
力するように構成されたものである。

【００１４】上記方法および装置によると、操作手段の
操作速度を検出し、この操作速度に応じてアクチュエー
タ駆動圧力を高速度側で低くなるように制御するため、
急操作時にはアクチュエータ駆動圧力が低く抑えられ
る。

【００１５】これにより、急操作による圧力変動が小さ
くなり、振動が抑制される。

【００１６】しかも、通常操作時にはアクチュエータ駆
動圧力が相対的に高く制御されるため、良好な応答性が
確保される。

【００１７】この場合、請求項３，４の構成によると、
パイロット圧力の変動速度が操作速度として求められ、
このパイロット圧力変動速度に応じて、請求項３ではパ
イロットラインに設けられた可変絞りの開度が、請求項
４ではアクチュエータ駆動回路の圧力を制御する圧力制
御弁の設定圧力が、それぞれ高速度側で小さく（低く）
なるように制御されることによってアクチュエータ駆動
圧力が低く抑えられる。

【００１８】また、請求項５の構成によると、操作手段
の操作加速度が求められ、この操作加速度が一定値以下
のときに一次遅れをもってアクチュエータ駆動圧力制御
信号が出力される。

【００１９】この構成によると、次のような作用が得ら
れる。

【００２０】油圧回路においては、通常、油圧系の応答
遅れがあるため、急操作が終了しても、アクチュエータ
駆動圧力は一定時間内は操作中のレベルのままとなる。

【００２１】従って、操作速度のみに基づいてアクチュ
エータ駆動圧力を制御する構成をとると、急操作の終了
時点で直ちにアクチュエータ駆動圧力を抑える制御が停
止するため、上記した応答遅れの間で振動抑制機能が働
かなくなる。

【００２２】そこで、上記のように操作加速度が一定値
以下になったとき、すなわち、操作が緩やかになったと
きにアクチュエータ駆動圧力制御信号に一次遅れを持た
せることにより、応答遅れの間、アクチュエータ駆動圧
力を抑える制御が続行されるため、この過渡期での振動
を抑制することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図によって説
明する。

【００２４】第１実施形態（図１〜図５参照） 図１に油圧式クレーンの旋回モータ回路と、振動抑制の
ための制御系の構成を示している。

【００２５】１は旋回用油圧モータ（以下、旋回モータ
という）で、この旋回モータ１の駆動回路（以下、モー
タ駆動回路という）Ｍと油圧ポンプ２およびタンクＴと
の間に、旋回モータ１に対する圧油の給排を制御する油
圧パイロット切換式のコントロールバルブ３が設けられ
ている。

【００２６】４はこのコントロールバルブ３にパイロッ
ト圧力を供給する操作手段としてのリモコン弁（４ａは
操作レバー）で、このリモコン弁４とコントロールバル
ブ３の両側パイロットポート３ａ，３ｂとを結ぶ両側パ
イロットライン５ａ，５ｂに、それぞれ電磁比例式の可
変絞り６，６が設けられ、この可変絞り６，６がコント
ローラ７によって制御される。８はリモコン弁４の油圧
源である。

【００２７】両側パイロットライン５ａ，５ｂに選択的
に発生するパイロット圧力Ｐｐは圧力センサ９，９によ
って検出され、このパイロット圧力信号がコントローラ
７に入力される。

【００２８】コントローラ７は、パイロット圧力信号か
らパイロット圧力Ｐｐの変動速度を算出する圧力変動速
度演算部１０と、求められたパイロット圧力の変動速度
から対応する可変絞り６に対する開度指令値を算出する
開度指令値演算部１１と、この指令値を可変絞り６に対
する制御信号として出力する開度指令部１２とを具備し
ている。

【００２９】また、圧力センサ９，９からのパイロット
圧力信号、および圧力変動速度演算部１０からの速度信
号にはそれぞれノイズが含まれているため、圧力変動速
度演算部１０および開度指令値演算部１１の各入口側に
このノイズを除去するためのフィルタ（たとえばカット
周波数が１０Ｈｚのローパスフィルタ）１３，１４が設
けられている。

【００３０】このコントローラ各部の作用を含めた本装
置の作用を図２のフローチャートを併用して説明する。

【００３１】なお、以下の作用は、モータ停止状態から
左旋回方向または右旋回方向に加速操作された場合につ
いて説明するが、モータ回転状態から減速操作された場
合についても同じ原理で行われる。

【００３２】リモコン弁４が操作されると、コントロー
ルバルブ３が操作された側に切換わり作動して旋回モー
タ１が回転する。

【００３３】このとき、リモコン弁４の操作によってパ
イロットライン５ａ，５ｂの一方に発生したパイロット
圧Ｐｐは、圧力センサ９により検出されてコントローラ
７に読み込まれる（ステップＳ１）。

【００３４】コントローラ７では、フィルタ１３によっ
て圧力信号中のノイズが除去された後、圧力変動速度演
算部１０でパイロット圧力の変動速度Ｖが、

【００３５】

【数１】Ｖ＝ｄＰｐ／ｄｔ によって算出される（ステップＳ２）。

【００３６】この算出されたパイロット圧力変動速度Ｖ
は、フィルタ１４経由で開度指令値演算部１１に入力さ
れ、ここで、パイロット圧力Ｐｐが発生した側の可変絞
り６に対する開度指令値Ｇが次のようにして演算され
る。

【００３７】まず、次の数２のように上記圧力変動速度
Ｖの絶対値｜Ｖ｜をとり、これにゲインαを掛けて基本
指令値Ｆを求める（ステップＳ３）。

【００３８】

【数２】Ｆ＝α・｜Ｖ｜ また、ステップＳ４で圧力変動速度Ｖを微分して加速度
Ａ＝（ｄＶ／ｄｔ）を求めた後、この加速度Ａと、予め
設定した値Ａ0とを比較し（ステップＳ５）、 Ａ≧Ａ0のとき（ステップＳ５でＹＥＳのとき）に
は、急操作中であるとして、基本指令値Ｆをそのまま開
度指令値Ｇとして決定し（ステップＳ６）、 Ａ＜Ａ0のとき（ステップＳ５でＮＯのとき）に
は、操作が緩やかであるとして、

【００３９】

【数３】Ｇ＝（１／１＋Ｔｓ）・Ｆ のように基本指令値Ｆに時定数Ｔなる一次遅れを持たせ
た値を開度指令値Ｇとする（ステップＳ７）。

【００４０】そして、この開度指令値Ｇが開度指令部１
２から可変絞り６に開度指令信号として出力され（ステ
ップＳ８）、同弁６が指令信号に応じた開度に設定され
る。

【００４１】こうして、パイロット圧力Ｐｐの変動速度
Ｖに応じて可変絞り６の開度が制御され、操作速度が高
いほど絞り開度が小さくなってコントロールバルブ３に
供給されるパイロット圧力の変化が緩やかとなる。

【００４２】従って、操作速度が高くなる急操作時に、
旋回モータ１の駆動回路Ｍに対する供給流量の増加が緩
やかとなってモータ駆動圧力が抑えられるため、この圧
力の急上昇による機械の振動の発生を抑制することがで
きる。

【００４３】しかも、急操作時以外の通常操作時には、
可変絞り６は大開度に保たれ、コントロールバルブ３が
操作に即応して作動するためモータ駆動圧力が操作通り
に変化し、良好な応答性が確保される。

【００４４】また、この装置では、上記のようにパイロ
ット圧力Ｐｐの変動加速度Ａを求め、この加速度Ａが一
定値Ａ0よりも小さいときには時定数Ｔなる一次遅れを
もって開度指令信号を出力することにより、急操作終了
後も一定時間は急操作中の絞り開度制御を維持するよう
にしたから、操作に対する油圧系の応答遅れによる振動
をも抑制することができる。

【００４５】なお、こうすると、通常の緩操作時にも一
次遅れ制御が行われるが、元々緩操作時には絞り開度を
制御する必要がないため、何ら差し支えない。

【００４６】図３〜図５にこの装置による振動抑制結果
を示している。

【００４７】図３に示すようにリモコン弁４がニュート
ラル位置から最大操作量まで急操作されると、図４に示
すように小開度指令が出され、この後、開度指令値が減
少（絞り開度が増加）する。

【００４８】この結果、図５の実線で示すように、同図
一点鎖線で示す従来技術（絞り開度の制御を行わない場
合）と比較して、急操作時でもモータ駆動圧力の最大値
を小さくし、これによって機械の振動を抑制することが
できる。

【００４９】第２実施形態（図６参照） 第１実施形態との相違点のみを説明する。

【００５０】第２実施形態では、モータ駆動回路Ｍに、
同回路Ｍの圧力（モータ駆動圧力）を制御する圧力制御
弁１５，１５が設けられ、この圧力制御弁１５，１５の
設定圧力がコントローラ１６によって制御されるように
構成されている。

【００５１】コントローラ１６は、第１実施形態のコン
トローラ７と同じ圧力変動速度演算部１０およびその前
後のフィルタ１３，１４を有するほか、圧力制御弁１５
の設定圧力の指令値を演算する圧力指令値演算部１７と
圧力指令部１８とを具備している。

【００５２】圧力指令値演算部１７は、圧力変動速度演
算部１０で求められたパイロット圧力Ｐｐの変動速度Ｖ
を用いて次の演算を行う。

【００５３】まず、圧力制御弁１５，１５の初期設定圧
力Ｐ0から、圧力変動速度Ｖの絶対値｜Ｖ｜にゲインα
を掛けたものを引いた値Ｆ、すなわち、

【００５４】

【数４】Ｆ＝Ｐ0−α・｜Ｖ｜ を基本設定圧力とする。

【００５５】この設定により、圧力変動速度が高いほど
圧力制御弁１５の基本設定圧力Ｆが低くなり、モータ駆
動圧力が低くなる。

【００５６】また、圧力変動速度Ｖの微分値である加速
度Ａと、予め設定された値Ａ0の関係が、 Ａ≧Ａ0の場合は圧力指令値Ｇを基本設定圧力Ｆと
同じ（Ｇ＝Ｆ）とし、 Ａ＜Ａ0の場合は圧力指令値Ｇを、基本設定圧力Ｆ
に時定数Ｔなる一次遅れを付加した値、すなわち、

【００５７】

【数５】Ｇ＝（１／１＋Ｔｓ）・Ｆ とする。

【００５８】この第２実施形態によっても、第１実施形
態と同様に、圧力制御弁１５，１５の設定圧力が操作速
度に応じて高速度側で低くなるように制御されるため、
急操作時でもモータ駆動圧力の変動が抑えられ、機械の
振動が抑制される。

【００５９】また、第１実施形態同様、急操作終了点近
くで操作速度が低くなったときに、油圧系の応答遅れに
対処するための一次遅れの後、設定圧力が上昇する。こ
れにより、急操作終了後、この一次遅れ時間は設定圧力
が依然として低く抑えられるため、急操作終了直後の振
動の発生を防止することができる。

【００６０】ところで、上記実施形態ではパイロット圧
力を用いて操作速度Ｖを算出したが、リモコン弁４の操
作量をセンサで検出し、この操作量から操作速度を算出
してもよい。あるいは、操作速度を直接、速度センサに
よって検出してもよい。

【００６１】また、本発明は上記実施形態で例示した油
圧式クレーンの旋回モータ回路に限らず、急操作によっ
て機械の振動が発生するアクチュエータ回路に、そして
油圧クレーンに限らず油圧作業機械に広く適用すること
ができる。

【００６２】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、操作
手段の操作速度（請求項３，４ではパイロット圧力の変
動速度）を検出し、この操作速度に応じて、アクチュエ
ータ駆動圧力を高速度側で低くなるように制御するた
め、急操作時にはアクチュエータ駆動圧力を低く抑えて
圧力変動を小さくし、振動を抑制することができる。

【００６３】しかも、通常操作時には、アクチュエータ
駆動圧力が相対的に高く制御されるため、良好な応答性
が確保される。

【００６４】また、請求項５の発明によると、操作手段
の操作加速度を求め、この操作加速度が一定値以下のと
き、すなわち操作が緩やかになったときに一次遅れをも
ってアクチュエータ駆動圧力制御信号を出力する構成と
したから、油圧系の応答遅れがあっても、この応答遅れ
の間、アクチュエータ駆動圧力を抑える制御を続行して
振動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】油圧式クレーンの旋回モータ回路を適用対象と
して例にとった本発明の第１実施形態を示す油圧回路と
その振動抑制のための制御系の構成図である。

【図２】第１実施形態にかかる装置の作用を説明するた
めのフローチャートである。

【図３】同装置におけるリモコン弁の操作状況を示す図
である。

【図４】同装置における可変絞りに対する開度指令値の
変化状況を示す図である。

【図５】同装置におけるモータ駆動圧力の変化状況を示
す図である。

【図６】本発明の第２実施形態を示す油圧回路とその振
動抑制のための制御系の構成図である。

【符号の説明】

１ 旋回用油圧モータ（油圧アクチュエータ） ３ コントロールバルブ ５ａ，５ｂ コントロールバルブのパイロットライン ４ 操作手段としてのリモコン弁 ６，６ 駆動圧力制御手段を構成する可変絞り ９，９ 駆動制御手段を構成するパイロット圧力検出用
の圧力センサ ７ 駆動圧力制御手段を構成するコントローラ １０ コントローラの圧力変動速度演算部（圧力変動速
度演算手段） １１ コントローラの開度指令値演算部（絞り開度指令
手段） １２ 同開度指令部（絞り開度指令手段） １５，１５ 制御手段を構成する圧力制御弁 １７ コントローラの圧力指令値演算部（圧力指令手
段） １８ 同圧力指令部（圧力指令手段）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧アクチュエータと、この油圧アクチ
   ュエータに対する圧油の給排を制御するコントロールバ
   ルブと、このコントロールバルブを操作する操作手段と
   を備えた油圧作業機械において、上記操作手段の操作速
   度を求め、この操作速度に応じてアクチュエータ駆動圧
   力を高速度側で低くなるように制御することを特徴とす
   る油圧作業機械の振動抑制方法。
2. 【請求項２】(i) 油圧アクチュエータと、 (ii) この油圧アクチュエータに対する圧油の給排を制
   御するコントロールバルブと、 (iii) このコントロールバルブを操作する操作手段
   と、 (iv) 上記操作手段の操作速度を検出し、検出された操
   作速度に応じてアクチュエータ駆動圧力を高速度側で低
   くなるように制御する駆動圧力制御手段を具備すること
   を特徴とする油圧作業機械の振動抑制装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の油圧作業機械の振動抑制
   装置において、コントロールバルブとして油圧パイロッ
   ト切換式の弁、操作手段としてこのコントロールバルブ
   にパイロットラインを通じてパイロット圧力を供給する
   リモコン弁がそれぞれ用いられ、駆動圧力制御手段は、 上記パイロットラインに設けられた可変絞りと、 上記パイロット圧力を検出するパイロット圧力検出
   手段と、 検出されたパイロット圧力の変動速度を演算する圧
   力変動速度演算手段と、 上記圧力変動速度演算手段によって求められた圧力
   変動速度に応じて上記可変絞りの開度が高速度側で小さ
   くなるように可変絞りに対して開度指令を出力する絞り
   開度指令手段によって構成されたことを特徴とする油圧
   作業機械の振動抑制装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の油圧作業機械の振動抑制
   装置において、駆動圧力制御手段における可変絞りに代
   えて、アクチュエータ駆動回路に同回路の圧力を制御す
   る圧力制御弁が設けられ、絞り開度指令手段に代えて、
   圧力変動速度に応じて上記圧力制御弁の設定圧力が高速
   度側で低くなるように圧力制御弁に対して圧力指令を出
   力する圧力指令手段を備えたことを特徴とする油圧作業
   機械の振動抑制装置。
5. 【請求項５】 請求項２乃至４のいずれかに記載の油圧
   作業機械の振動抑制装置において、駆動圧力制御手段
   が、 （ａ）操作手段の操作加速度を求め、 （ｂ）この操作加速度が一定値以下のときに一次遅れを
   もって駆動圧力制御信号を出力するように構成されたこ
   とを特徴とする油圧作業機械の振動抑制装置。