JPS62206127A - 土木建設機械の油圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は油圧ショベル等の土木建設機械に備えられ、掘
削対象面に対する作業機の押付力を自動的に制御できる
油圧制御装置に関する。

〔従来の技術〕

油圧ショベル等によっておこなわれる掘削作業にあって
は、掘削対象面に対する押付力が大きすぎると負荷が過
大になってリリーフを生じ、この際油圧ショベルのブー
ム、アーム、パケット等ノフロントや油圧機器の損傷を
生じやすく、また逆に押付力が小さすぎると負荷が小さ
すぎ、全掘削に近い状態となり掘削土豪が不足する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、このような負荷の過大、過小を生じないようにオ
ペレータの手操作による制御がおこなわれているが、オ
ペレータが熟練者でない場合などにあってはこのような
負荷の過大、過小を生じることが避けられず、作業能率
の向上を見込み難い。

なお、参考技術として、土中に埋設した土止め用の鋼矢
板の表面に沿って掘削するために、従来。

アキュムレータによって所定のシリンダを加圧するもの
が提案されている、しかし、これは通常の掘削を対象と
したものではなく、またアキュムレータを特別に大きく
しない限りシリンダの変位によって加圧力が大幅に変化
し、１変該アキユムレータが使用された後、次の作業サ
イクルまでに該アキュムレータに所定の圧力になるまで
蓄圧する手段が必要になり、装置が大がかりになるなど
通常の掘削のためにはこの従来技術は適用し玖い。

また、別の参考技術として、従来、ロボット等において
力センサによって直接に荷重を検出して押付力を制御す
ることが提案されている。しかし、荷重の変動が極めて
激しい土木建設機械にあっては、この従来技術のよう忙
荷重をフィードバックして円滑な掘削作業をおこなうこ
とは難しく、また一般に力センサは価格、耐久性、構造
物への取付方法などの点において本願の対象とする土木
建設機械に用いることには問題があり、結局、この従来
技術も適用が困難である。

本発明は上記した従来技術における実情に鑑みてなされ
たもので、その目的は１作業機の掘削対象面等に対する
押付力を最適な値に自動的に制御できる土木建設機械の
油圧制御装置を提供するととＫある。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するために本発明は、互いに回動可能な
少なくとも２つの部材例えばブーム、アーム等からなる
リンク機構およびこのリンク機構に連結されるパケット
等の作業機を有し、旋回軸を中心に回動可能な連結体と
、リンク機構を回動させるブームシリンダ、アームシリ
ンダ等の第１の油圧アクチュエータと、作業機を駆動す
るパケットシリンダ等の第２の油圧アクチュエータと、
連結体を旋回軸のまわりに回動させる旋回モータ等の第
３の油圧アクチュエータとを含む油圧ショベル等の土木
建設機械の油圧制御装置ｉにおいて、例工ばブームシリ
ンダ、アームシリンダ等の第１の油圧アクチュエータ、
パケットシリンダ等の第２の油圧アクチュエータ、旋回
モータ等の第３の油圧アクチュエータを駆動する操作指
令信号を出力する操作指令手段と、第１．第２、第３の
油圧アクチュエータのうちの掘削対象面に対する押付力
を与える第１の所定アクチュエータ、例えばブームシリ
ンダの駆動圧力を所定の圧力に制御するポンプレギュレ
ータ、あるいは方向切換弁等を含む圧力制御手段と、上
述の第１の所定アクチュエータと異なる第２の所定アク
チュエータ夕、例えばアームシリンダに対応する操作指
令信号に応じて予め定められた関数関係に基づいて作動
指令信号を求め、この作動指令信号を圧力制御手段に出
力する制御装置とを備えた構成にしである。

〔作　中〕

本発明は、上記のように構成しであることにより、第２
の所定アクチュエータ例えばアームシリンダに対応する
操作指令信号に応じ°Ｃ制御装置から圧力制御手段に作
動指令信号が出力され、これによって掘削対象面忙対す
る押付力を与える第１の所定アクチュエータ例えばプー
ムシリンダの駆動圧力が所定の圧力となるように制御さ
れ、作業機例えばパケットの掘削対象面等に対する押付
力を最適な値に自動的に制御することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の土木建設機械の油圧制御装置を図に基づ
いて説明する。第１図は本発明の第１の実施例の要部構
成を示す回路図、第２図は第１図に示す第１の実施例が
備えられる土木建設機械の一例として挙げた油圧ショベ
ルの掘削作業時の状態を示す側面図、第３図は第１図に
示す第１の実施例に偏えられる制御装置に含まれる要部
構成および制御装置と関連機器との接続関係を示すブロ
ック図である。

これらの図、特に第２図において、１は油圧ショベルの
本体を構成する旋回体、２はこの旋回体ＩＫ回動可能に
連結されたプーム、３はこのプーム２に回動可能に連結
されたアーム、４はこのアーム３に回動可能に連結され
たパケットである。

上述のプーム２とアーム３はリンク機構を構成し、パケ
ット４は作業機を構成し、これらのリンク機構と作業機
によって旋回軸５を中心に回動可能な連結体６が構成さ
れている。５２はプーム２を回動させるブームシリンダ
、５８はアーム３を回動させるアームシリンダで、これ
らのアクチュエータは上述したリンク機構を回動させる
第１の油圧アクチュエータを構成している。５４はパケ
ットシリンダで、パケット４すなわち作業機を回動させ
る第２の油圧アクチュエータである。なお、図示しない
が、このような油圧ショベル忙は旋回体１を旋回させる
旋回モータが設けられており、これが上述の連結体６を
回動させる第３のアクチュエータを構成している。上述
した旋回体１と、プーム２．アーム３を含むリンク機構
と、パケット４からなる作業機等によって構成される連
結体６゜およびブームシリンダ５２．アームシリンダ５
８からなるｆｆ、１の油圧アクチュエータ、パケットシ
リンダ５４からなる第２の油圧アクチュエータ。

旋回モータからなる第３のアクチュエータは第２図に例
示する油圧ショベル等の土木建設機械に普通に設けられ
ているものである。

また、２５２は旋回体１とプーム２との相対角変を検出
する角変検出器、２５８はプーム２とアーム３との相対
角変を検出する角度検出器、２５４はアーム３とパケッ
ト４との相対角変を検出する角度検出器で、これらのも
のは、後述する第２の所定アクチュエータ例えばアーム
シリンダ５８の作動変位を検出する作動変位検出手段を
構成しており、それぞれ後述の制御装置に角度信号すな
わち変位信号を出力する。

なお、同第２図のＨは該油圧ショベルが配置される地面
、Ｄはパケット４によって掘削される掘削対象面、Ｋは
掘削によって形成された面を示している。

次に、このような油圧ショベルに備えられる第１の実施
例の要部構成を第１，３図によって説明する。

第１図において、５２．５８．５４はそれぞれ前述した
ブームシリンダ、アームシリンダ、パケットシリンダ、
２５２，２５８，２５４はそれぞれ前述した角度検出器
である。１４は旋回モータ５６およびアームシリンダ５
８ＶＣ圧油な供給する第１の可変容量油圧ポンプ、１６
はブームシリンダ５２およびパケットシリンダ５４に圧
油を供給する第２の可変容量油圧ポンプである。２６は
第１の可変容量油圧ポンプ１４から旋回モータ５６に供
給される圧油の流れ方向を制御する旋回用方向切換弁、
２８は油圧ポンプ１４からアームシリンダ５８に供給さ
れる圧油の流れ方向を制御するアーム用方向切換弁、２
２は第２の可変容量油圧ポンプ１６からブームシリンダ
５２に供給される圧油の流れ方向を制御するプーム用方
向切換弁、２４は油圧ポンプ１６からパケットシリンダ
５４に供給される圧油の流れ方向を制御するバケット用
方向切換弁である。１５．１７はそれぞれ油圧ポンプ１
４．１６の押しのけ容積を制御するポンプレギュレータ
で、このうちポンプレギュレータ１７は掘削対象面に対
する押付力を与える第１の所定アクチュエータ、例えば
ブームシリンダ５２の駆動圧力を所定の圧力に制御する
圧力制御手段を構成している。２６４，２６６はそれぞ
れ油圧ポンプ１４．１６から吐出される圧油の圧力を検
出し、信号として出力する圧力検出器である。

２１２．２１４，２１６，２１８はそれぞれブームシリ
ンダ５２．パケットシリンダ５４．旋回モータ５６．ア
ームシリンダ５８に対応して設けられ、これらのアクチ
ュエータによって駆動するブーム２．パケット４．旋回
体１．アーム３を作動させる操作指令信号を出力する操
作指令手段である。２３０は、掘削対象面等の作業条件
に応じた最適な目標圧力設定信号を出力する目標圧力設
定手段である。

また、２００は制御装置で、操作指令手段２１２゜２１
４．２１６，２１８から出力される操作指令信号、角度
検出器２５２，２５８，２５４から出力される角度信号
、目標圧力設定手段２３０から出力される目標圧力信号
、および圧力検出器２６４゜２６６から出力される圧力
信号を入力し、所定の演算処理をおこなって、ポンプレ
ギュレータ１５゜１７、ブーム用方向切換弁２２．パケ
ット用方向切換弁２４．旋回用方向切換弁２６．アーム
用方向切換弁２８に作動指令信号を出力する。この制御
装置２００は、第２の所定アクチュエータ例えばアーム
シリンダ５８に対応する操作指令信号と、掘削対象面に
対する押付力を与える第１の所定アクチュエータ例えば
ブームシリンダ５２に供給される圧油の圧力を決める目
標圧力信号との関数関係が設定される関数テーブル２０
１と、角変検出器２５２，２５８，２５４から出力され
る角度信号に応じて所定の演算をおこなって得られたリ
ンク角度信号と修正値との関数関係が設定される関数テ
ーブル２０２と、関数テーブル２０１から出力される目
標圧力信号と関数テーブル２０２から出力される修正値
とを乗算してイ＾°号Ｐｒ　を出力する乗算器２０３と
、この信号Ｐｒ　と前述の圧力検出器２６６から出力さ
れる圧力信号Ｐ、とを加算して信号ΔＰを出力する加算
器２０４と、この信号ＪＰとポンプレギュレータ１７に
関連した微分信号文との関数関係が設定された関数テー
ブル２０５と、この関数テーブル２０５から出力される
微分信号文を積分して作動指令信号Ｘをポンプレギュレ
ータ１７に出力する積分器２０８とを有している。

上記した関数テーブル２０１には、操作指令信号が所定
値に至るまでは目標圧力信号が０であり、当該操作指令
信号が所定値を越えると目標圧力信号が一定値をとる関
数関係が設定されており、また当該一定値が目標圧力設
定手段２３０から出力される目標圧力設定信号に応じて
変化する関係が設定されている。すなわち、この関数テ
ーブル２０１は目標圧力設定信号に応じて、予め定めら
れた操作指令信号と目標圧力信号との関数関係を修正す
る第１の修正手段を構成している。

また、上記した関数テーブル２０２には、リンク角度信
号が所定値に至るまでは修正値が次第にＫに近づくよう
に小さくなり、所定値に至ると修正値がＫとなり、所定
値より大きくなると修正値がさらに小さくなる関数関係
が設定されている。

すなわち、この関数テーブル２０２と上述した乗算器２
０３は角度検出器２５２，２５８，２５４から出力され
る角度信号（変位信号）に応じて上述の関数テーブル２
０１において予め定められた操作指令信号と目標圧力信
号との関数関係を修正する第２の修正手段を構成してい
る。

このように構成しである実施例における動作は以下のと
おりである。

第２図に示す状態において、比較的掘削対象面が歌い通
常掘削の場合、アームシリンダ５８を伸長させて掘削を
おこなおうとすると、ブームシリンダ５２のヘッド側の
圧力が押付力を与える圧力となり、上述したようＫこの
ブームシリンダ５２が第１の所定アクチュエータ、アー
ムシリンダ５８が第２の所定アクチュエータとなる。

この際、目標圧力設定手段２３０からブームシリンダ５
２のヘッド側の圧力が最適な圧力となるように、目標圧
力設定信号が制御装置２００に出力されるとともに、操
作指令手段２１８からアーム３を駆動する操作指令信号
が出力され、操作指令手段２１２からブーム２を駆動す
る操作指令信号が出力され、これに応じて制御装置２０
０はアーム用方向切換弁２８．ブーム用方向切換弁２２
をそれぞれ切換える作動指令信号を出力する。これＫよ
ってｍｌの可変容量油圧ポンプ１４から吐出される圧油
が方向切換弁２８を介してアームシリンダ５８に供給さ
れ、このアームシリンダ５８が伸長し、アーム３が第２
図の時計方向に回動し、また第２の可変容量油圧ポンプ
１６から吐出される圧油が方向切換弁２２を介してブー
ムシリンダ５２のヘッド側に適宜供給される。これによ
って掘削作業がおこなわれるが、この掘削作業の間、圧
力検出器２６６はブームシリンダ５２のヘット側に供給
される第２の可変容量油圧ポンプ１６の圧油の圧力Ｐｓ
　を検出して制御袋ｆｉｔ　２００　Ｋ出力し、また角
度検出器２５２，２５８，２５４はアーム３の変位すな
わち作菟姿勢の変化に伴って角守信号を制御袋ｅ　２０
０に出力する。

制御袋Ｐ２Ｏ０においては、アーム３を駆動する操作指
令信号と目標圧力設定信号とに応じて関数テーブル２０
１からブームシリンダ５２を駆動する目標圧力信号が出
力され、また角度信号を演算して得られるリンク角変信
号に応じて関数テーブル２０２から修正値が出力され、
乗算器２０３で目標圧力信号と修正値が乗算されて信号
Ｐｒが出力され、この信号Ｐｒ　と圧力検出器２６６か
ら出力される圧力信号Ｐ、が加算器２０４で加算されて
信号ｌＰが出力され、この信号ｉＰ　Ｉｃ応じて関数テ
ーブル２０５から債分信号文が出力され、この微分信号
文が積分器２０８で積分されて作動指令信号Ｘがポンプ
レギュレータ１７に出力される。ポンプレギュレータ１
７はこの作動指令信号ＸＫ応じて適宜作動し、これＫよ
って第２の可変容量油圧ポンプ１６の傾転角が制御され
、当該第２の可変容量油圧ポンプ１６から吐出される圧
油の圧力、すなわちブームシリンダ５２に供給される圧
油の圧力が所定の圧力に制御される。

このように構成した第１の実施例にあっては、アーム３
を作動させておこなう掘削作業の最中に。

ブームシリンダ５２のヘッド側の圧力を予め設定される
最適な圧力に自動的に決めることができ、すなわち、オ
ペレータの熟練度に影響なく負荷の過大、過小を生じる
ことがなく、掘削作業能率を向上させることができる。

なお、上記第１の実施例では圧力制御手段をブームシリ
ンダ５２のヘッド側の圧力を所定の圧力に制御するポン
プレギュレータ１７によって構成し、圧力検出器からめ
圧力信号Ｐ、　Ｋ応じて圧力を制御するように構威しで
あるが１本発明はこれに限られず、圧力制御手段が第２
の可変容量油圧ポンプ１６の吐出し流路に介設した設定
圧力可変の圧力制御弁であってもよい。

第４図は本発明の第２の実施例の要部構成を示す回路図
、第５図はこの第４図に示す第２の実施例に備えられる
制御装置に含まれる要部構成および制御装置と関連機器
との接続関係を示すブロック図である。

この第２の実施例にあっては、第４図に示すように、ブ
ームシリンダ５２のヘッド側の圧力を検出する圧力検出
器２７２を設けてあり、この圧力検出器２７２の圧力信
号Ｐ、が制御袋［２００の加算器２０４に出力されるよ
うになっている。そして、制御装置２００には加算器２
０４から出力される信号ａＰ・とブーム用方向切換弁２
２を作動させる作動指令信号Ｘ、との関数関係が設定さ
れる関数テーブル２０６が設けられている。この関数テ
ーブル２０６には、例えばΔＰが第１の所定値に至るま
では作動指令信号ＸＡが０．ΔＰが第１の所定値から第
２の所定値に至るまでは作動指令信号ＸＡが徐々に大き
′（なり、第２の所定値以降にあっては作動指令信号Ｘ
Ａが一定値となる関数関係が設定されている。また、ブ
ーム用方向切換弁２２が圧力制御手段を構成している。

この第２の実施例にあっては、ブームシリンダ５２のヘ
ッド側の圧力が圧力検出器２７２によって検出され、こ
の圧力検出器２７２の圧力信号ＰＢを加算した信号ΔＰ
に対する作動指令信号ＸＡがブーム用方向切換弁２２に
出力され、これにより方向切換弁２２のヘッド側が適宜
絞られ、これによりブームシリンダ５２のヘッド側の圧
力が所定圧力に自動的に保たれる。

第６図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す回路図
、第７図はこの第６図に示す第３の実施例に備えられる
制御装置に含まれる要部構成および制御装置と関連機器
との接続関係を示すブロック図である。

この第３の実施例は掘削対象面が通常の掘削の場合に比
べて堅いときなどに好適であり、第６図に示すようにブ
ームシリンダ５２のロンド側の圧力を検出する圧力検出
器２７３を設けてあり、この圧力検出器２７３の圧力信
号ＰＲが制御装置２００の加算器２０４に出力されるよ
う釦なっている。そして、制御装置２００には、加算器
２０４から出力される信号ｉＰ　とブーム用方向切換弁
２２を作動させる作動指令信号Ｘ、との関数関係が設定
される関数テーブル２０７が設けられている。

この関数テーブル２０７には、例えばΔＰＩＪ”−ｍｌ
の所定値に至るまでは作動指令信号ＸＢ　が比較的大き
な一定値をとり、所定値以降にあっては作動指令信号Ｘ
、が上記一定値より徐々に小さい値をとる関数関係が設
定されている。また、関数テーブル２０１の関数関係は
必要に応じて前述した笛１、第２の実施例における場合
と異なるように設定される。なお、この第３の実施例に
あっても、ブーム用方向切換弁２２が圧力制御手段を構
成している。

掘削対象面が堅い場合にはブームシリンダ５２が掘削反
力により押上げられる事態を生じるが。

この第３の実施例にあっては、ブームシリンダ５２０ロ
ツド側の圧力が圧力検出器２７３によって検出され、こ
の圧力検出器２７３の圧力信号ＰＲを加算し【信号ΔＰ
に対応する作動指令信号ＸＢがブーム用方向切換弁２２
の駆動部に出力され、これ釦よってブーム用方向切換弁
２２のロンド側が適宜絞られ、ブームシリンダ５２のロ
ンド側の圧力が所定圧力に自動的に保たれる。

なお、上記実施例では第１のアクチュエータとしてブー
ムシリンダ５２を挙げたが、旋回体１によって押付力を
与えて掘削をおこなうような場合にあっては、旋回モー
タ５６を第１のアクチュエータとすることにより、この
発明を適用させることができる。また上記各実施例では
切換弁をセンタバイパス型としたが、中立でポンプポー
トブロック型でもよい。

〔発明の効果〕

本発明の土木建設機械の油圧制御装置は、作業機の掘削
対象面等に対する押付力を最適な値に自動的に制御でき
、したがって従来の手操作におけるような負荷の過大や
過小を生じることがなく、従来に比べて作業能率が向上
するとともに、連結体および油圧機器の損傷を防止でき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の土木建設機械の油圧制御装置の第１の
実施例の要部構成を示す回路図、第２図は第１図に示す
第１の実施例が備えられる土木建設機械の一例として挙
げた油圧ショベルの掘削作業時の状態を示す側面図、第
３図は第１図に示す第１の実施例に備えられる制御装置
に含まれる要部構成および制御装置と関連機器との接続
関係を示すブロック図、第４図は本発明の第２の実施例
の要部構成を示す回路図、第５図はこの第４図に示す第
２の実施例に備えられる制御装置に含まれる要部構成お
よび制御装置と関連機器との接続関係を示すブロック図
、第６図は本発明の第３の実施例の要部構成を示す回路
図、第７図はこの第６図に示す第３の実施例に備えられ
る制御装置に含まれる要部構成および制御装置と関連機
器との接続関係を示すブロック図である。 ２・・・・・・ブーム（リンク機構）、３・・・・・・
アーム（リンク機構）、４・・・・・・パケット（作業
機）、５・・・・・・旋回軸、６・・・・・・連結体、
１７・・・・・・ポンプレギュレータ（圧力制御手段）
、２２・・・・・・ブーム用方向切換弁（圧力制御手段
）、５２・・・・・・ブームシリンダ（第１の油圧アク
チュエータ、第１の所定アクチュエータ）、５４・・・
・・・パケットシリンダ（第２の油圧アクチュエータ）
、５６・・・・・・旋回モータ（第３の油圧アクチュエ
ータ）、５８・・・・・・アームシリンダ（第１の油圧
アクチュエータ、第２の所定アク千ユエータ）、２００
・・・・・・制御装置、２０１・・・・・・関数テーブ
ル（第１の修正手段）、２０２・・・・・・関数テーブ
ル（第２の修正手段）、２０３・・・・・・乗算器（第
２の修正手段）、２０４・・・・・・加算器、２０５．
２０６，２０７・・・・・・関数テーブル、２０８・・
・・・・積分器、２１２，２１４，２１６，２１８・・
・・・・操作指令手段、２３０・・・・・・目標圧力設
定手段、２５２．２５８，２５４・・・・・・角度検出
器、２６６゜２７２．２７３・・・・・・圧力検出器。 ２−−−−−ブーム（リンク機構） ５−−−−−２０軸 ２６６．２／２，２γ５−ｈ１櫃は寛ｉ菓１図 乙２　２ｂ４ 晃４図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに回動可能な少なくとも２つの部材からなる
   リンク機構およびこのリンク機構に連結される作業機を
   有し、旋回軸を中心に回動可能な連結体と、上記リンク
   機構を回動させる第１の油圧アクチュエータと、上記作
   業機を駆動する第２の油圧アクチュエータと、上記連結
   体を上記旋回軸のまわりに回動させる第３の油圧アクチ
   ュエータとを含む土木建設機械の油圧制御装置において
   、上記第１、第２、第３の油圧アクチュエータを駆動す
   る操作指令信号を出力する操作指令手段と、上記第１、
   第２、第３の油圧アクチュエータのうちの掘削対象面に
   対する押付力を与える第１の所定アクチュエータの駆動
   圧力を所定の圧力に制御する圧力制御手段と、上記第１
   、第２、第３の油圧アクチュエータのうちの上記第１の
   所定アクチュエータと異なる第２の所定アクチュエータ
   に対応する操作指令信号に応じて予め定められた関数関
   係に基づいて作動指令信号を求め、該作動指令信号を上
   記圧力制御手段に出力する制御装置とを備えたことを特
   徴とする土木建設機械の油圧制御装置。
2. （２）制御装置に目標圧力設定信号を出力する目標圧力
   設定手段を有するとともに、制御装置が上記目標圧力設
   定信号に応じて予め定められた関数関係を修正する第１
   の修正手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の土木建設機械の油圧制御装置。
3. （３）第２の所定アクチュエータの作動変位を求め、制
   御装置に変位信号を出力する作動変位検出手段を有する
   とともに、制御装置が該変位信号に応じて予め定められ
   た関数関係を修正する第２の修正手段を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２）項記
   載の土木建設機械の油圧制御装置。
4. （４）圧力制御手段がポンプレギュレータを含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（２）項
   記載の土木建設機械の油圧制御装置。
5. （５）圧力制御手段が第１の所定アクチュエータの駆動
   圧力を制御する方向切換弁を含むことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の土木建設
   機械の油圧制御装置。
6. （６）圧力制御手段が設定圧力可変の圧力制御弁を含む
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項または第（
   ２）項記載の土木建設機械の油圧制御装置。