JPH11199178A - 建設機械の旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流量制御方式で旋回速度を制御する際に不所望
な横荷重を抑制する。 【解決手段】油圧ポンプ３から吐出される圧油は方向制
御弁１を通って旋回油圧モータ２へ流入する。圧力補償
弁４により、方向制御弁１からタンク８へ連通するブリ
ードオフ回路Ｌ１の圧力が旋回油圧モータ２の駆動圧力
に対応した圧力に設定され、負荷によらず、操作レバー
５の操作量に応じた流量が油圧モータ２へ流入する。電
磁比例減圧弁１０によりブリードオフ回路Ｌ１の補償圧
力を制限し、補償圧力が上限補償圧力を上回らないよう
にする。これにより、流量制御方式の旋回操作性を得な
がら、作業半径が大きいときや吊り荷重が大きいとき、
すなわち慣性モーメントが大きいときは、旋回加速度を
制限した圧力制御型の旋回操作性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はクレーンなどの建設
機械の旋回制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からいわゆる流量制御方式の油圧制
御装置がたとえば特公昭６０−５９４４２号公報に開示
されている。これは、方向制御弁（可変絞り）からブリ
ードオフされる圧油の油路に圧力補償弁を設け、ブリー
ドオフ油路の圧力を、油圧アクチュエータの駆動圧力に
対応した圧力に制御するものである。この従来の油圧制
御装置では、上記のように油圧アクチュエータの駆動圧
とブリードオフされた圧油の圧力とが等しくなるように
構成されているため、方向制御弁の前後の圧力差は、開
口面積を一定とした場合に負荷圧力に拘わらず一定とな
り、油圧アクチュエータ側への流量と、ブリードオフさ
れる流量とは、方向制御弁の開口面積比どおりに配分さ
れることとなり、負荷圧力によらずオペレータが入力し
たとおりの流量配分ができる。

【０００３】一方、油圧モータに作用する負荷を検出
し、旋回速度を目標旋回速度に制御する旋回制御装置が
たとえば特開平６−１０９０５号公報に記載されてい
る。この制御装置では、ポンプ吐出圧力とモータ負荷圧
力、すなわち、方向制御弁の前後の圧力をそれぞれ検出
して方向制御弁のスプール変位を制御するものである。
したがって、油圧モータに作用する負荷が異なっても同
一速度で旋回することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、旋回操
作においては、常に正確に操作レバーの操作量に対応し
た旋回速度を得るのが必ずしも好ましくない場合もあ
る。たとえば、長尺ブームで旋回する場合にはブームに
横荷重がかかりやすいので、短いブームの場合に比べて
同一操作量でも旋回加速度を抑えることも必要である。
上述した、速度制御型（流量制御型）の旋回制御装置で
は、旋回加速度がオペレータの操作量によって決ってし
まい、急操作すると不所望な加速度が発生してブーム横
荷重が大きくなるおそれがある。

【０００５】本発明の目的は、流量（速度）制御方式で
旋回速度を制御する際に不所望な横荷重を抑制するよう
にした建設機械の旋回制御装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】一実施の形態を示す図１
に対応づけて説明する。 （１）本発明は、油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３から吐
出される圧油によって旋回体６２を駆動する旋回用油圧
モータ２と、油圧ポンプ３から旋回用油圧モータ２に供
給される圧油の方向を制御する旋回用方向制御弁１と、
旋回用方向制御弁１を切換える操作手段５と、旋回用方
向制御弁１からタンク８へ連通するブリードオフ回路Ｌ
１の圧力を旋回用油圧モータ２の駆動圧力に対応した圧
力に設定する圧力補償弁４とを備えたクレーンの旋回制
御装置に適用される。そして、上述した目的は、圧力補
償弁４の上限圧力を制限する補償圧力制限手段１０、１
１を備えることにより達成される。 （２）請求項２の発明は、請求項１の旋回制御装置にお
いて、補償圧力制限手段によって上限値を任意に変更可
能に構成したものである。 （３）請求項３の発明は、請求項２の旋回制御装置にお
いて、補償圧力制限手段は上限値を選択する操作部材１
２を備えるものである。 （４）請求項４の発明は、請求項３の旋回制御装置にお
いて、補償圧力制限手段は建設機械の旋回体に装着され
るフロントと吊り荷の旋回中心回りの慣性モーメントを
演算する演算部を備え、演算された慣性モーメントが大
きいほど上限値を小さく設定するものである。 （５）請求項５の発明は、請求項４の旋回制御装置にお
いて、演算部は作業半径と吊り荷の荷重に基づいて上記
慣性モーメントを算出するものである。 （６）請求項６の発明は、請求項１の発明において、操
作手段５の操作量を検出する操作量検出手段１６を設
け、補償圧力制限手段１０、１１によって操作量検出手
段１６で検出された操作量が多いほど圧力補償弁４によ
る補償圧力を高い上限値で制限するものである。

【０００７】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態
に係る建設機械の旋回制御装置の構成を示す油圧回路図
であり、図１０に示すようなクローラクレーンに適用す
ることができる。図１０に示すように、クレーンは走行
体６１と、走行体６１上に搭載され旋回可能な旋回体６
２と、旋回体６２上に設けられたブーム６３とを有し、
シーブ６４を介してワイヤロープに接続されたフック６
５により吊荷６６を吊り上げる。

【０００９】本実施の形態に係る建設機械の旋回制御装
置の油圧回路は、原動機１０１と、この原動機１０１に
よって駆動される油圧ポンプ３と、油圧ポンプ３から吐
出される圧油によって駆動される旋回用油圧モータ２
と、油圧ポンプ３から旋回用油圧モータ２に供給される
圧油の流れを制御する旋回用方向制御弁１と、方向制御
弁１によりブリードオフされた圧油の圧力を制御する圧
力補償弁４と、オペレータが旋回指令を入力する操作レ
バー５と、操作レバー５の操作量を方向制御弁１に伝達
するパイロット油圧回路へ圧油を供給するパイロット油
圧源７とを備えている。操作レバー５の操作量に応じて
パイロット弁が操作され、パイロット弁はパイロット油
圧源７からの１次圧力を操作量に応じて減圧して方向制
御弁１のパイロット操作部に供給する。なお、方向制御
弁１の操作ストロークと開口面積の関係は図２に示す通
りである。

【００１０】圧力補償弁４は基本的には、ブリードオフ
された圧油の圧力を、旋回用油圧モータ２の駆動圧を導
くことにより旋回用油圧モータ２の駆動圧力に対応した
圧力に制御できる構成となっている。すなわち、圧力補
償弁４はブリードオフ回路Ｌ１に介装されており、通常
はばね４ａによりブリードオフ回路Ｌ１を閉じている。
また、圧力補償弁４にはばね４ａのばね力と対向するよ
うにブリードオフ回路Ｌ１の圧力がブリードオフ回路Ｌ
２により作用している。さらに、方向制御弁１をａ側も
しくはｂ側に操作したときにモータ駆動圧力がばね４ａ
のばね力とともに圧力補償弁４に作用するように、方向
制御弁１との間にモータ駆動圧回路Ｌ３が接続されてい
る。そして、モータ駆動圧回路Ｌ３に電磁比例減圧弁１
０が介装されている。

【００１１】電磁比例減圧弁１０のソレノイド部１０ａ
はコントローラ１１と接続されている。この電磁比例減
圧弁１０は、ソレノイド部１０ａへ電圧が印加されてい
ないときはソレノイド部１０ａは駆動されず電磁比例減
圧弁１０は遮断し、２次圧力はほぼゼロとなり、この２
次圧力が圧力補償弁４の一方のパイロットポートに印加
される。電圧が印加されるときは１次圧力（モータ駆動
圧）を所定の上限値で制限するように減圧して圧力補償
弁４の一方のパイロットポートに印加する。コントロー
ラ１１には上記印加電圧が予め設定されている。この電
圧設定値は、横荷重を抑制しなければならない作業条件
において旋回加速度が適切な大きさになるような上限補
償圧を基準として決定される。

【００１２】次いで、本実施の形態の動作について図３
（ａ），（ｂ）と図４（ａ），（ｂ）により説明する。
方向制御弁１をａ側へ操作すると、油圧ポンプ３の吐出
油が管路６Ａから油圧モータ２へ流入して油圧モータ２
が駆動されて旋回が行なわれる。ここで、図３（ａ）に
示すように、電磁比例減圧弁１０で制限される上限補償
圧力ＰＬが旋回駆動圧力ＰＳを上回っている場合には、
圧力補償弁４による圧力補償特性は図３（ｂ）に示す通
りである。すなわち、ブリードオフ回路Ｌ１の補償圧力
は旋回駆動圧力そのままの値となり、電磁比例減圧弁１
０には影響を受けることがない。これにより、操作レバ
ー５の操作量に応じた旋回速度が得られる。換言すると
流量制御型の旋回制御が得られる。

【００１３】一方、図４（ａ）に示すように、旋回駆動
圧力ＰＳが電磁比例減圧弁１０による上限補償圧力ＰＬ
を上回る場合、圧力補償弁４による圧力補償特性は図４
（ｂ）に示すようになる。すなわち、補償圧力は上限補
償圧力ＰＬで制限される。したがって、操作レバー５の
操作量に応じた旋回速度制御に比べると加速性能が低下
した旋回速度制御となる。換言すると、補償圧力が上限
補償圧力ＰＬを上回っている時間（ｔ１〜ｔ２）は、ブ
リードオフ回路Ｌ１の補償圧力が旋回駆動圧力よりも低
圧となり流量配分比が崩れ、これにより、旋回加速度を
制限しながら旋回速度を目標値に制御する圧力制御型の
制御となる。

【００１４】以上では、コントローラ１１内に上限補償
圧力ＰＬを一つだけ設定したが、図５に示すように、加
速度大、中、小に適した上限補償圧力を選択するダイア
ル１２を設けてもよい。この場合、オペレータが作業条
件を考慮してダイアル１２を操作して、加速度大、中、
小のいずれかが選択される。大きな加速度が選択される
ほど電磁比例減圧弁１０のソレノイド部１０ａへの印加
電圧が高く設定される。すなわち、大きな加速度が選択
されるほど上限補償圧力が高くなって加速性が重視され
たより速度制御型の旋回操作性となる。反対に、小さな
加速度が選択されるほど上限補償圧力が低くなって加速
性が抑制され、より圧力制御型の旋回操作性となる。

【００１５】加速度大、中、小に代えて慣性モーメント
大、中、小としてもよい。この場合には、大きな慣性モ
ーメントが選択されるほど上限補償圧力が低くなって加
速性が抑制されたより圧力制御型の旋回操作性となる。
反対に、小さな慣性モーメントが選択されるほど上限補
償圧力が高くなって加速性が重視され、より流量（速
度）制御型の旋回操作性となる。なお、ここで慣性モー
メントとは、ブームと吊り荷の旋回中心回りの慣性モー
メントである。

【００１６】図６は、上限補償圧力を作業半径と吊り荷
重に基づいて演算により決定する一例を示す図である。
コントローラ１１は、ブーム角度センサ１３からブーム
角度を、ロープ張力センサ１４から巻上げロープ張力
を、ブーム長さ入力部１５からブーム長をそれぞれ読み
込んで、最適な上限補償圧力を演算する。

【００１７】旋回動作中の旋回角速度をω、作業半径を
Ｒとすれば、吊り荷速度Ｖは、

【数１】Ｖ＝Ｒ・ω と表わすことができる。したがって、吊り荷加速度Ｖｄ
は次式の通りとなる。

【数２】Ｖｄ＝Ｒ・ωｄ ただし、ωｄは角加速度ωの微分値 ここで、（ブーム自重＋吊り荷重）を負荷Ｗとすれば、
ブームに作用する横荷重Ｆは次式の通りとなる。

【数３】Ｆ＝（Ｗ／ｇ）・Ｒ・ωｄ ただし、ｇは重力加速度

【００１８】したがって、負荷Ｗ、作業半径Ｒ、もしく
は吊り荷加速度Ｖｄを制限することにより横荷重を制限
できることがわかる。ここでは旋回角加速度ωｄを制限
することにより横荷重を制限する。

【００１９】コントローラ１１は、作業半径Ｒと負荷Ｗ
（吊り荷重＋ブーム自重）に基づいてブームに作用する
慣性モーメントを演算し、図７に示すように、慣性モー
メントが大きいほど旋回加速度が小さくなるように、上
限補償圧力を低くする。慣性モーメントにより上限補償
圧力を高、中、低の３段階に設定してもよい。上述した
ように、慣性モーメントとは、ブームと吊り荷の旋回中
心回りの慣性モーメントである。

【００２０】図８は、上限補償圧力を方向制御弁１の操
作量に基づいて決定する一例を示す図である。コントロ
ーラ１１は、方向制御弁１の操作量をストロークセンサ
１６から読み込んで、図９のようなテーブルから最適な
上限補償圧力を演算する。これにより、操作量が少ない
ときは上限補償圧力が低い値で制限されて旋回加速度が
小さくされる。反対に、操作量が多いときは上限補償圧
力が高い値で制限されて旋回加速度が大きくされる。

【００２１】このように操作量に応じて旋回加速度を制
御することにより、微小な操作量で旋回制御を行なう場
合には小さい旋回加速度で旋回が行なわれ、大きな操作
量で旋回制御を行なう場合には大きな旋回加速度で旋回
が行なわれるから、微小操作性を確保しつつ、迅速な旋
回も行なうことができる。

【００２２】以上の実施の形態と請求項との対応におい
て、操作レバー５が操作手段を、電磁比例減圧弁１０お
よびコントローラ１１が補償圧力制御手段を、ダイアル
１２が操作部を、ストロークセンサ１６が操作量検出手
段をそれぞれ構成する。

【００２３】

【発明の効果】（１）以上詳細に説明したように、本発
明によれば、旋回用方向制御弁からタンクへ連通するブ
リードオフ回路の圧力、すなわち補償圧力を旋回用油圧
モータの駆動圧力に対応した圧力に設定するとともに、
この補償圧力が上限値で制限されるようにしたから、速
度制御方式の旋回操作性を確保し、大きな横荷重が発生
するおそれのある作業条件下では加速性が抑制されより
圧力制御方式に近い旋回操作性が得られる。 （２）上限値を任意に変更可能にし、たとえば操作部の
操作により上限値を変更可能にすれば、オペレータの好
みの旋回操作性を実現できる。 （３）慣性モーメントに応じて上限値を決定すれば、横
荷重を抑制する作業条件では自動的に上限値が低めに設
定され、熟練度を要せずに、慣性モーメントの大きい作
業条件下では速度制御方式からより圧力制御方式に近い
旋回操作性が得られ、旋回操作性を向上させることがで
きる。慣性モーメントは作業半径と吊り荷の荷重に基づ
いて演算することができる。 （４）請求項６の発明のように、操作手段の操作量が多
いほど圧力補償弁による補償圧力を高い上限値で制限す
れば、微小操作量のときは加速度を抑制し、大きな操作
量のときは加速度を大きくすることができ、オペレータ
の意図する旋回加速性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る旋回制御装置の構成
を示す油圧回路図

【図２】方向制御弁の開口面積特性線図

【図３】旋回駆動圧力と上限補償圧力と補償圧力を説明
する図

【図４】旋回駆動圧力と上限補償圧力と補償圧力を説明
する図

【図５】本発明の他の実施の形態に係る旋回制御装置の
構成を示す油圧回路図

【図６】本発明のさらに他の実施の形態に係る旋回制御
装置の構成を示す油圧回路図

【図７】慣性モーメントと上限補償圧力の関係を示す図

【図８】本発明のさらに他の実施の形態に係る旋回制御
装置の構成を示す油圧回路図

【図９】操作量と上限補償圧力の関係を示す図

【図１０】クレーンの全体構成図

【符号の説明】

１ 旋回用方向制御弁 ２ 旋回用油圧モータ ３ 油圧ポンプ ４ 圧力補償弁 ５ 操作レバー ７ パイロット油圧源 １０ 電磁比例弁 １１ コントローラ １２ ダイアル １３ ブーム角度センサ １４ ロープ張力センサ １５ ブーム長さ入力部 １６ ストロークセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 成澤 順市 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 堺 俊己 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 石田 和久 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】油圧ポンプと、 この油圧ポンプから吐出される圧油によって旋回体を駆
   動する旋回用油圧モータと、 前記油圧ポンプから前記旋回用油圧モータに供給される
   圧油の方向を制御する旋回用方向制御弁と、 前記旋回用方向制御弁を切換える操作手段と、 前記旋回用方向制御弁からタンクへ連通するブリードオ
   フ回路の圧力を前記旋回用油圧モータの駆動圧力に対応
   した圧力に設定する圧力補償弁とを備えた建設機械の旋
   回制御装置において、 前記圧力補償弁による補償圧力を予め定めた上限値で制
   限する補償圧力制限手段を備えたことを特徴とする建設
   機械の旋回制御装置。
2. 【請求項２】請求項１の旋回制御装置において、前記補
   償圧力制限手段は前記上限値を任意に変更可能に構成さ
   れていることを特徴とする建設機械の旋回制御装置。
3. 【請求項３】請求項２の旋回制御装置において、前記補
   償圧力制限手段は前記上限値を選択する操作部材を備え
   ることを特徴とする建設機械の旋回制御装置。
4. 【請求項４】請求項２の旋回制御装置において、前記補
   償圧力制限手段は建設機械の旋回体に装着されるフロン
   トと吊り荷の旋回中心回りの慣性モーメントを演算する
   演算部を備え、演算された慣性モーメントが大きいほど
   前記上限値を小さく設定することを特徴とする建設機械
   の旋回制御装置。
5. 【請求項５】請求項４の旋回制御装置において、前記演
   算部は作業半径と吊り荷の荷重に基づいて前記慣性モー
   メントを算出することを特徴とする建設機械の旋回制御
   装置。
6. 【請求項６】請求項１の旋回制御装置において、前記操
   作手段の操作量を検出する操作量検出手段を備え、前記
   補償圧力制御手段は前記操作量検出手段で検出された操
   作量が多いほど前記圧力補償弁による補償圧力を高い上
   限値で制限することを特徴とする建設機械の旋回制御装
   置。